真实的保存和再现三维场景一直是人们追求的目标。在众多的三维显示技术中,考虑到视觉疲劳、立体效果等问题,数字全息三维显示技术被公认为是最理想,最有前景的三维显示技术。本论文在对数字全息三维显示技术的研究现状及所存在的问题深入调研分析的基础上,围绕数字全息图的产生与重建方法这两大问题开展了相关的研究工作。对基于深度图的复杂三维场景计算全息图的产生、非相干计算全息方法、计算全息立体图的加速方法和压缩全息重建技术等方面展开了详尽的研究与探讨,并设计与搭建相关的数字全息光学实验系统对全息图进行记录与再现。论文的主要研究内容和创新点如下：(1)基于二维彩色图像和深度图的计算全息图生成提出一种基于二维彩色图像和深度图的复杂三维场景的计算菲涅耳全息图合成方法。首先把基于傅立叶变换的菲涅耳衍射计算算法运用到层析法中,对简单虚拟三维场景的菲涅耳全息图进行了计算；设计并搭建了以空间光调制器为核心器件的光学全息再现实验系统,成功得到全息重建像。在此研究基础上,提出基于二维彩色图像和深度图的复杂三维场景的计算菲涅耳全息图产生方法。复杂三维场景的二维彩色图像根据其深度图可分为多层物面信息,通过把对应物面层的深度信息转换成其菲涅耳衍射的距离信息,并利用层析法计算每层物面到全息面的菲涅耳衍射,把计算结果叠加后获得复杂三维场景的物场信息。利用该方法成功记录与再现了复杂三维场景的全息图,强度叠加法显著地提高了全息图重建像质量。(2)多视角投影非相干全息图产生提出基于角正交投影视图的非相干菲涅耳全息图产生方法。多视角投影非相干全息方法可实现白光照射记录,利用普通数码相机记录多视点投影视图后,通过数值计算方法即可得到三维场景的全息图。整个过程不需要记录相干光的干涉,因此没有共轭图像和激光散斑的影响。本文所提出的利用角正交投影视图直接产生菲涅耳全息图的方法是通过把每个角正交投影图像沿着其投影方向移位,并把移位后的角正交投影图像乘以其相应的常数相位因子,通过累加所有处理后的项,不同方向的光场信息会在菲涅耳全息平面的相应点进行叠加,便可得到三维物场的复振幅信息。搭建基于SLM的全息再现实验系统,对合成的全息图进行再现,验证了该方法的正确性。相对其它多视角投影方法而言,该方法是直接利用角正交投影图像得到的,不需要先得到傅立叶频谱,其计算结果更精确。此外,该方法不需要进行衍射计算和傅立叶变换计算,计算复杂度大大减小,很大程度上减小了计算机的运算负担。(3)基于波前记录平面的高效计算全息立体图合成提出基于波前记录平面的计算全息立体图产生方法。首先研究与分析传统全息立体图记录方法的特点,其次,对计算产生全息立体方法进行探讨,基于以上研究基础,提出一种改进的基于波前记录平面的计算全息立体图记录方法：在靠近视差图平面的位置引入一个波前记录平面(虚拟记录平面),把每个视差图像信息先记录到波前记录平面的一小块区域上,然后利用三次快速傅立叶变换得到波前记录平而与全息立体图之间的菲沓耳衍射计算,从而获得全息立体图：该方法可大大降低全息立体图的计算复杂度,计算结果显示计算时间可减小一个数量级多。(4)基于压缩感知技术的全息、图重建提出基于压缩感知技术的全息图重建方法。在对压缩感知(压缩抽样)技术的理论模型,包括信号的稀疏表示,观测矩阵及重建算法进行研究的基础上,分析得到数字全息技术能够满足压缩感知理论模型的非相干性和稀疏性的两个前提条件。提出把压缩感知技术用于复杂三维场景的全息图重建。首先利用三维物体的二维彩色图像和深度图合成全息图,彩色图像的强度信息可根据深度图分为不同距离处的多层物面信息,满足应用压缩感知技术的稀疏性条件。通过建立感知矩阵,利用两步迭代收缩/阈值算法(TwIST)重建算法对全息图重建,在不同距离处得到相应的聚焦图像。与直接后向传输重建方法相比,该方法能得到较好质量的再现像。此外,压缩感知技术实现了对全息图的压缩重建,使子采样全息图得到了较理想的重建像,减小了全息数据的传输与存储。