集成成像作为对空间三维信息进行记录和真实显示的技术，成为目前三维显示领域的研究热点之一。在集成成像技术中，光学记录系统得到的元素图像阵列的品质直接影响到显示系统再现像的品质，因此，光学记录系统的研究至关重要。虽然多年的发展使记录系统不断得到改进，元素图像阵列的品质得到了一定的提高，但是，就目前已有的透镜阵列记录系统以及相机阵列记录系统，仍存在三维信息记录不完全、细节信息容易缺失等问题，并且难以满足大屏幕显示和实时记录与显示等实际应用的需要。针对上述问题，本文利用光线追迹方法对集成成像光学记录系统进行了深入的理论分析，实现了透镜阵列和相机阵列记录系统参数的优化设计，结合虚拟视点生成技术提出了大屏幕显示和实时记录与显示系统中元素图像阵列的生成方法。主要研究内容及创新性成果如下：1.利用光线追迹方法深入分析了集成成像记录和显示原理，提出三维信息记录过程中透镜阵列成像效率的表征方法，并分析了元素图像阵列中同名像点的关联性。2.分析了透镜阵列记录过程中物体大小和记录距离对透镜阵列成像效率的影响，提出了确定透镜阵列记录系统最佳记录距离的方法，光学实验证明了该方法可以减少三维再现过程中的串扰现象，并实现三维信息的完整记录和再现。3.建立并分析了相机阵列记录参数与显示特性参数的关系，提出了相机阵列记录系统的设计方法，通过设计实例以及针对三维大场景的实际应用，验证了该设计方法的有效性。4.分析了光学记录方法获得元素图像阵列的主要误差来源，针对相机阵列记录系统中相机个体空间位置偏差对元素图像阵列的影响，提出了基于参考点和无参考点的两种元素图像阵列校正方法。前者通过参考点位置坐标的变换计算相应的误差变换矩阵，实现了元素图像阵列的校正。后者基于同名像点的相关性实现了元素图像阵列的自校正。光学实验证明了两种方法均可以有效消除相机阵列个体位置偏差对元素图像阵列的影响。5.利用元素图像阵列中同名像点的相关性以及虚拟视点生成技术，提出了基于小型相机阵列生成大规模元素图像阵列的方法，实现了真实大场景三维信息采集和集成成像大屏幕显示。同时为了利用三维重构模型生成大屏幕显示所需元素图像阵列，基于光线追迹原理，在理论和实验上探讨了基于统计方法建立三维重构模型的可行性，分析仿真表明该方法对同名像点误差具有较强的鲁棒性。6.提出了基于双相机光学记录系统和投影显示系统的集成成像实时三维成像和显示系统，光学实验验证了该方法的有效性，实现了对真实场景三维信息的实时获取和显示。