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。

深度分割复用（DDM）是一种常用的生成彩色纯相位全息图的方法，在重建单个彩色图像时能够取得良好的效果，但是在重建多平面彩色图像时，会不可避免地出现再现质量差和串扰的现象。提出一种基于时分复用生成多平面彩色纯相位全息图的迭代方法，该方法基于Gerchberg-Saxton（GS）算法，在记录全息图时，对每个通道平面施加幅度约束，重复此过程，彩色图像的红（R）、绿（G）和蓝色（B）通道信息被分别记录在三个纯相位全息图中。在再现时，RGB三色通道在相同的距离处重合，重建出目标彩色图像。展示了1幅、3幅和5幅彩色图像的重建结果，与DDM方法相比，所提方法明显提高了重建彩色图像的质量水平，有效避免了不同通道平面之间的串扰。数值模拟和光电再现均证明了所提方法的有效性。

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。

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。

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。

全息激光投影技术相比传统图像显示技术有突出的优势。作为全息激光投影技术的关键图像处理算法——相位恢复算法，算法的收敛速率和精度都有待提高，在实际计算中它们的效果不够理想，甚至不能保证迭代过程总收敛到正确解。基于此，本文提出了基于并行结构的相位恢复算法(PGSGA)。该方法思路是对多个初值进行并行运算，不断“筛”出最优结果来对GS算法进行加速。仿真实验证明，该算法在收敛速率和恢复的灰阶图像质量等方面具有优越性。

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.

彩色全息显示是全息显示的一个重要研究目标。研究了使用RGB三色激光的彩色全息显示技术，提出基于空分复用的彩色全息显示方法。全息光电再现像的成像区域大小和成像区域中心位置依赖于RGB三色激光的波长，通过调节RGB三色分量原图大小以及加载数字闪耀光栅实现RGB三色再现图像分量区域大小和成像中心的重合。基于空分复用的方法建立了彩色全息显示系统，最终的彩色全息显示系统利用空间光调制器加载计算生成的24 bit全息图再现彩色图像。实验结果验证了该方法的可行性。