人類之所以能感受到立體感，是由于人類的雙眼觀察物體時橫向的，且觀察角度略有差異，圖像經視并排，兩眼之間有6厘米左右的間隔，神經中樞的融合反射及視覺心理反應便產生了三維立體感。根據這個原理，可以將3D顯示技術分為兩種：一種是利用人眼的視差特性產生立體感；另一種則是在空間顯示真實的3D立體影像，如基于全息影像技術的立體成像。全息影像是真正的三維立體影像，用戶不需要佩戴帶立體眼鏡或其他任何的輔助設備，就可以在不同的角度裸眼觀看影像。
1947年，匈牙利人丹尼斯 蓋博 (Dennis Gabor)在研究電子顯微鏡的過程中，提出了全息攝影術(Holography)這樣一種全新的成像概念。全息術的成像利用了光的干涉原理，以條文形式記錄物體發射的特定光波，并在特殊條件下使其重現，形成逼真的三維圖像，這幅圖像記錄了物體的振幅、相位、亮度、外形分布等信息，所以稱之為全息術，意為包含了全部信息。但在當時的條件下，全息圖像的成像質量很差，只是采用水銀燈記錄全息信息，但由于水銀燈的性能太差，無法分離同軸全息衍射波，因此大量的科學家花費了十年的時間卻沒有使這一技術有很大進展。
由于全息攝影術的發明，丹尼斯 蓋博在 1971 年獲得了諾貝爾獎。
1962 年，美國人雷斯和阿帕特尼克斯在基本全息術的基礎上，將通信行業中“側視雷達”理論應用在全息術上，發明了離軸全息技術，帶動全息技術進入了全新的發展階段。這一技術采用離軸光記錄全息圖像，然后利用離軸再現光得到三個空間相互分離的衍射分量，可以清晰的觀察到所需的圖像，有效克服了全息圖成像質量差的問題。
1969年，本頓發明了彩虹全息術，能在白熾燈光下觀察到明亮的立體成像。其基本特征是，在適當的位置加入一個一定寬度的狹縫，限制再現光波以降低像的色模糊，根據人眼水平排列的特性，犧牲垂直方向物體信息，保留水平方向物體信息，從而降低對光源的要求。彩虹全息術的發明，帶動全息術進入了第三個發展階段。 傳統全息技術采用鹵化銀等材料制成感光膠片，完成全息圖像信。
定影等后期處理，整個制作過程非常繁息的記錄，由于需要進行顯影、瑣。而現代的全息技術材質采用新型光敏介質，如光導熱塑料、光折變晶體、光致聚合物等，不僅可以省去傳統技術中的后期處理步驟，而且信息的容量和衍射率都比傳統材料較高。
然而，采用感光膠片或新型光敏介質，都需要通過光波衍射重現記錄的波前信息，肉眼直接觀察再現結果，這樣難以定量分析圖像的精確度，無法形成精確的全息影像。
20 世紀 60 年代末期，古德曼和勞倫斯等人提出了新的全息概念———數字全息技術，開創了精確全息技術的時代。到了 90 年代，隨著高分辨率CCD的出現，人們開始用 CCD 等光敏電子元件代替傳統的感光膠片或新型光敏等介質記錄全息圖，并用數字方式通過電腦模擬光學衍射來呈現影像，使得全息圖的記錄和再現真正實現了數字化。
數字全息技術的成像原理是，首先通過 CCD 等器件接收參考光和物光的干涉條紋場，由圖像采集卡將其傳入電腦記錄數字全息圖；然后利用菲涅爾衍射原理在電腦中模擬光學衍射過程，實現全息圖的數字再現；最后利用數字圖像基本原理再現的全息圖進行進一步處理，去除數字干擾，得到清晰的全息圖像。
數字全息技術是計算機技術、全息技術和電子成像技術結合的產物。它通過電子元件記錄全息圖，省略了圖像的后期化學處理，節省了大量時間，實現了對圖像的實時處理。同時，其可以進行通過電腦對數字圖像進行定量分析，通過計算得到圖像的強度和相位分布，并且模擬多個全息圖的疊加等操作。
