自由立体显示技术让人们从助视设备的束缚中解脱出来,正在成为显示行业内的技术趋势。而基于LED屏幕的狭缝光栅式自由立体显示系统具有高亮度、可拼接、寿命长等优点,逐渐成为立体显示领域的一个重要方向。狭缝光栅式LED自由立体显示系统硬件是由LED屏幕和狭缝光栅构成。这其中狭缝光栅完成视差图像的分离。狭缝光栅的结构设计要同时兼顾减小视差图像间串扰和莫尔条纹的弱化。本文主要针对LED屏幕的像素结构特点,在狭缝光栅的结构设计方面开展如下几方面的工作:(1)按照LED子像素间距W_P取1/3P(P全像素间距)的设计方式,构建了基于子像素的狭缝光栅式LED自由立体显示系统,且系统具有较好的立体显示效果。进一步分析表明,而对于子像素排布不均匀的LED屏幕,子像素间距W_P取1/3P仅适用于视点数大于3的自由立体显示系统。另外实验过程中也发现,立体合成图像算法中的光栅倾斜角度须与贴合光栅实际角度的一致性对立体显示效果有重要的影响。本文给出了测量贴合光栅实际倾斜角度的方法。(2)对于子像素横向排列LED屏幕,对应不同的观察角度,LED屏幕会出现偏色问题。而子像素纵向排列LED屏幕则不存在这种缺点。所以本文探讨了构建子像素纵向排列LED自由立体显示系统的可行性。通过实验对比发现,子像素横向排列方式对自由立体显示系统的莫尔条纹无明显影响,且在抑制视差图像间的串扰方面子像素纵向排列效果更好。(3)从实际应用角度,本文讨论了菲林打印狭缝光栅的挡光部分透光率对立体显示系统视差图像间串扰的影响以及制备狭缝光栅材料选择。为了增强狭缝光栅的环境耐受性,本文选用无机玻璃材料,采用玻璃彩釉工艺制作了玻璃狭缝光栅,并验证应用玻璃狭缝光栅构建LED自由立体显示系统的可行性。(4)为了进一步抑制不同视差图像间的串扰,在传统狭缝光栅基础上,本文设计了一种倾斜交错阶梯狭缝光栅结构。仿真结论表明倾斜交错阶梯狭缝光栅能够有效的分离不同视差图像,适合于构建狭缝光栅式LED自由立体显示系统。实验结果进一步证实:在莫尔条纹弱化方面,倾斜交错阶梯狭缝光栅优于阶梯狭缝光栅;在视差图像间串扰抑制方面,倾斜交错阶梯狭缝光栅优于传统倾斜狭缝光栅。(5)为了克服LED子像素间距W_P取1/3P的局限性,本文提出了基于虚拟子像素的光栅结构设计方案。子像素间距W_P按照芯片实际规格选取,则LED全像素内包含大于3的子像素数量,称实际存在子像素为真实子像素,实际不存在子像素为虚拟子像素。通过仿真和实验验证,证明基于虚拟子像素的狭缝光栅有效性不受视点数限制。并且这种光栅结构设计能够减小LED屏幕和狭缝光栅之间的距离,便于实际工程中的维护和扩展,具有较强的实际应用价值。