集成成像是一种具有全视差、全色彩、连续视点的三维成像技术,而且成像结构简单,无需相干光源等严格要求。这使得三维集成成像技术被认为是未来前景最好的三维成像技术。然而,受到材料制作工艺以及成像环境的影响,传统的基于微透镜阵列的集成成像在三维重建过程中,重建图像存在失真问题。针对这一问题,本文基于感知结构分别从图像算法和成像系统两个方面考虑对集成成像系统进行改进,提出了两种集成成像三维重建增强方法。针对三维合成孔径集成成像系统中遮挡造成的图像重建质量降低问题,本文从图像算法方面提出了一种计算机重建增强技术。首先本文探讨了立体匹配用于合成孔径集成成像系统深度估计的可行性;然后提出使用基于最小生成树的立体匹配方法估计场景的深度信息,通过深度信息定位遮挡物在场景中的位置;然后利用图像修复技术对检测出的遮挡区域进行修复。本文提出的方法与之前的方法相比有两个优点:基于最小生成树的立体匹配方法较之于块匹配的立体匹配方法,在保证算法计算复杂度相似的前提下,更加精确的检测遮挡物位置;采用像素恢复技术和基于样例的图像修复来对遮挡区域进行去除,在尽量真实的还原被遮挡区域的前提下,突破了像素恢复技术中遮挡物与被遮挡物之间的距离限制。针对传统集成成像系统分辨率较小、视角受限、系统灵活性低等缺点造成的计算机重建图像质量降低问题,本文提出了一种基于曲面非均匀分布传感的三维集成成像系统,这种曲面非均匀分布传感系统不但借鉴了曲面微透镜阵列集成成像的视角增强优点,又吸收了合成孔径集成成像系统的分辨率增强的优点。另外,本文提出使用非均匀分布传感系统有效解决了平面合成孔径集成成像系统中相机阵列之间等间距造成系统灵活性降低这一问题。最后,基于曲面分布传感系统的特点,本文对传统集成成像系统的计算机重建算法进行改进,基于光路可逆原理,采用几何投影法进行图像重建,有效避免了曲面分布传感导致的图像畸变问题。