以双向误差扩散算法为基础，通过分析图像振幅分布与生成全息图的关系，建立了全息图误差补偿模型，提出了一种新的纯相位全息图生成方法。首先通过误差扩散模型，计算出复振幅全息图与振幅置1的纯相位全息图的误差，通过对该误差进行误差扩散生成新的纯相位全息图。利用新的纯相位全息图与复振幅全息图计算新的误差，进行第二次的误差扩散，得到最终的纯相位全息图。采用定性和定量的指标来评价仿真成像质量，仿真及光学实验结果表明，改进后的方法能够有效提升再现像的质量，为纯相位全息图制作提供一种新的方法。

纯相位全息图因无共轭像、衍射效率高，在全息三维显示中得到广泛应用。迭代算法因计算灵活、编码图像重建质量高，在纯相位全息图生成中具有重要地位。对基于迭代的生成纯相位全息图最新算法进行比较研究，介绍迭代算法生成纯相位全息图的基本原理，编程实现了典型代表性、创新性算法。通过图像重建质量、耗时长短的对比，进行了详细的实验研究，分析了各类方法的特点和优缺点。结论表明，对于较大像素差的图像，选用直方图补偿算法可得较好的效果，对于高重建质量的图像，可选用自适应加权Gerchberg-Saxton算法。

基于波前调控的全息视网膜投影显示（RPD）能够在无透镜条件下对图像光束进行会聚且可以实现图像景深、视点位置、数量、间距等参数的自由调控。目前，无透镜波前调控全息RPD多数选用振幅型全息图进行研究，存在衍射效率低、共轭像串扰等问题。基于此，提出了一种无透镜全息RPD的纯相位全息图计算方法，通过两步计算即可得到所需全息图。首先，将目标图像乘以均匀相位后作为输入，在输入面和全息面之间进行基于角谱衍射的Gerchberg-Saxton迭代后在全息面获得相位分布。然后，在迭代后的相位分布上乘以会聚球面波相位并对其编码得到最终全息图。在实验中，通过时分复用技术实现了彩色RPD并利用多球面波相位实现出瞳拓展，验证了该方法的有效性。

传统的纯相位全息成像方法，大多数依赖于高强度的迭代，耗费时间长，成像质量不高，针对此问题，提出了一种深度学习与分层角谱结合的纯相位全息图生成算法，在快速生成全息图的同时提高了全息图再现质量。通过LeNet网络结构预测三维物体的复振幅信息，降低了计算量，采用精确的角谱算法生成三维物体的高质量纯相位全息图。通过仿真实验证明该算法的可行性，并有效提高了重建图像的质量。

近年来得益于光学、电子和计算机等各项技术的进步以及新算法的不断提出, 计算全息技术飞速发展。由于现有液晶空间光调制器对于纯相位全息图具有更高的调制能力与衍射效率, 纯相位全息图优化算法一直以来是一个研究热点。本文回顾了计算机生成全息图的发展历程, 并按照迭代方法、非迭代方法以及其他方法为分类标准, 对纯相位全息图生成与优化算法进行了总结。各种传统方法可以满足不同的计算耗时与重建质量要求, 深度学习、维尔丁格流等方法为纯相位全息图优化带来了新的思路, 这些工作都有利于实时、广视场、高质量全息三维显示的早日实现。在未来, 由三维物体图像生成曲面纯相位全息图(如柱面全息图和球面全息图)的优化算法值得进一步研究。

提出了一种基于角谱衍射理论的误差扩散算法。通过分层角谱算法计算得到三维物体的复振幅全息图,利用误差扩散法计算得到纯相位全息图,并重建出清晰的再现像,实现了对三维物体纯相位全息再现像的散斑噪声的抑制。仿真实验验证了该方法的可行性及优越性,所提方法明显提高了重构图像的质量。

提出一种基于一维光栅函数进行纯相位编码的方法,该方法以双相位全息编码技术为基础,将复振幅图像编码成纯相位图,并将编码得到的相位图直接加载到相位型空间光调制器上进行光学重建。在重建过程中,用一个有低通滤波器的4-f系统选择衍射级次,并选用一级衍射分量进行重建。一维光栅函数编码可以提高一级衍射分量所能获得的能量。因为没有相位元件零级信息的影响,重建图像的质量得到了提升。数值模拟和实验结果证明,该方法可以有效重构编码复杂物体的振幅和相位,该方法得到的一级衍射能量比二维棋盘格函数编码得到的一级衍射能量高。

为了消除多级像和零级光的干扰,提出了一种单透镜结构的系统,获得了单一无扰的再现像。 使用Gerchberg-Saxton(GS)算法获得菲涅尔全息图,预先叠加倾斜平面波相位至菲涅尔全息图上,使再 现像移至中央位置。用成像透镜将空间光调制器(SLM)后方的虚像成像至前方,同时在成像透镜后方放置 空间滤波器,滤去多级像和零级光。调整透镜与SLM的位置可方便调整再现像的大小和位置, 缩短了光学系统的长度。利用虚像的方法为基于液晶SLM的计算全息显示提供了新的思路。

研究了纯相位菲涅尔计算全息图的制作方法，给出了一种生成纯相位菲涅尔计算全息图的算法.首先研究了菲涅尔衍射的数值模拟算法，分析了两种数值模拟算法的计算速度.将计算速度较快的菲涅尔衍射数值模拟算法和迭代算法相结合，并引入比例反馈，得到纯相位菲涅尔计算全息图的反馈迭代算法.其次，对比例反馈系数的选取进行了实验研究，得到其最优经验值范围，然后进行了仿真实验.仿真结果表明，该算法降低了重构误差，提高了全息图重构质量.最后基于新型空间光调制器反射型硅基液晶，建立了全息显示光电实验系统，对该算法进行了验证.

在现有的二维图像再现效果改善方法的基础上, 对三维物体再现像质量提高的方法进行研究。基于衍射理论, 分析了具有有限填充因子空间光调制器的栅格结构对重构图像质量的影响。编入双线性相位因子到纯相位全息图, 使得有效光偏移中心光轴传播, 让图像细节得到完整重构再现。然后迭加双会聚球面波相位因子, 使得各再现像面与空间光调制器栅格结构引起的多级衍射光聚焦平面的位置进行分离, 利用光阑和空间滤波器共同作用来消除高级衍射光以及零级光对重构图像质量的影响。搭建了基于LC-SLM的相位全息图光电再现系统用于实验验证。实验结果表明三维物体再现像质量得到明显的提高。