从动态燃烧火焰图像中获取火焰的温度信息是燃烧诊断领域非常重要的研究内容。本文结合辐射传递的计算方法及逆向MonteCarlo方法，以辐射反问题研究作为基础，建立一套利用彩色CCD摄像机且适合于空间介质的火焰三维温度场重建模型。对于大空间的弥散介质温度场重建，其特点是在于介质为吸收、发射和散射的介质，辐射源相对于接收器(CCD成像靶面)很大，因此需要建立一个效率高、适应性广的三维温度场重建模型，这是本文研究的一个重点。对于如何不考虑重建区域内的火焰形状，重建出适合于对称和非对称火焰的模型，是本文研究的另一个重点。首先，介绍了比色测温方法的基本原理，讨论了由被测物体的灰度值变化和CCD传感器响应波长带宽的非理想性引起的测温误差，提出了相应的校正方法，并进行实验验证该测温方法的准确性。其次，详细介绍了基于MonteCarlo方法下空间介质的辐射传递的过程，经过与模拟的温度场进行对比研究，验证算法的可行性。再结合透镜光学成像原理，计算介质燃烧火焰的辐射光学成像。然后，研究分析了计算辐射传热的基于逆向MonteCarlo方法，在此基础上创新性推导出基于逆向MonteCarlo方法的三维温度场重建模型。该模型充分考虑到空间介质的吸收、发射和散射的三种特性，并且重建时间短，非常适合于大辐射源和CCD成像靶面小的计算情况。采用算例分析了几种因素对三维温度场重建精度的影响，结果表明逆向MonteCarlo方法重建效率较高，重建误差较小。最后，建立一个适合对称与非对称火焰的重建模型，通过数值模拟对该重建模型进行数值验证。进行实验应用研究，火焰温度场重建结果较为合理，与文献上一些温度分布情况具有一致性，为了验证重建温度分布的准确性，采用热电偶对温度分布进行大致测量，重建结果与测试结果吻合的较好。