长期以来,能够在屏幕上真实地再现自然的三维景观一直是人类追求的梦想,随着宽带技术、信息技术和工业工艺水平的大幅度提高,立体显示技术特别是自由立体显示技术得到了蓬勃的发展,人类离这个梦想也越来越近。目前,三维立体成像技术已经被广泛用于军事、数字多媒体娱乐、工业控制、航天、医疗等诸多领域。随着移动终端性能的提高,如今手机等移动终端已经成为计算机网络、电视、电话、智能家居网络等多媒体的业务处理中心。将自由立体显示技术应用在手机等移动终端已经成为当前立体显示领域研究的热点之一。另外,由于目前3D图像、视频等资源较匮乏,并且拍摄的多视点图像数据量较大,占用较大带宽,不适合在网络上进行传输,因此基于原视点图像进行新的视图合成等技术就显得尤为重要。本文首先分析了人眼立体视觉原理,然后深入研究了基于光栅的平板自由立体显示器显示原理,对基于狭缝光栅和柱透镜光栅的自由立体显示器进行了数学建模和光学仿真,得到了基于狭缝光栅的立体显示器各参数之间的数学关系和视区分布图,得到了双视点柱透镜光栅立体显示器的光强度随观看角度的分布图。然后提出了一种基于AIV(Average Information Value)的适用于立体手机的立体图像合成算法,该方法对左右视图相同坐标位置的像素值进行线性加权得到中间视图,然后将生成的中间视图与左右视图进行采样,并进行插值合成立体图像。其次,对立体手机视点图像之间串扰的存在原因进行了深入研究,从串扰和观看视角对本文提出的算法和传统立体手机进行了对比分析。另外,对于虚拟视点生成技术,详细介绍了针孔摄像机模型和基于DIBR(Depth Image Based Rendering)技术绘制虚拟视点图像的原理,本文研究了一种基于左右两个参考视点和深度图生成虚拟视点的方法,并提出了一种基于背景图像的空洞修复算法。仿真和实验表明本文提出的立体图像合成算法能够扩大3D手机的立体可视区域,并且降低非最优观看区串扰,验证了本算法的正确性,对光栅式3D手机的设计和优化有重要意义。另外,使用本文提出的虚拟视点合成算法和空洞修复算法绘制的虚拟视点图像能在很大程度上减少空洞数量,缩小空洞面积,在主观上能达到令人满意的效果。