流动是自然界中常见现象之一,也广泛存在于能源、动力、化工、航空航天等领域,流动过程中的三维流场测量对流体动力学机理研究及系统优化具有重要意义。基于光场成像的粒子图像测速技术（PIV）可实现单一视角下三维速度场测量,近年来受到了广泛关注。本文针对光场PIV层析重建中因多介质折射率变化及成像系统畸变等因素引起权系数计算误差大的问题,提出一种光场成像三维流场测量系统的体标定方法,构建了基于笼式光场相机的三维流场测量系统,并对水平管内的层流及圆柱绕流开展了三维流场实验研究。首先,针对实际测量中存在的多介质折射问题,提出了光场成像体标定模型,通过体标定追迹法实现了层析重建过程中权系数的准确计算,并利用流场内点光源和标定板的空间位置对体标定模型进行了数值重建验证。结果表明,在横向方向上,重建的位置误差0.02mm,而在深度方向上的位置重建误差小于1mm;物点的直径越大,重建的准确性越低,深度方向的拉伸现象越显著,而粒径过小会在焦面附近产生较大误差。此外,也对沿x,y,z三个方向的均匀位移场进行了数值重建。结果表明:在横向方向位移的平均误差小于0.04mm,深度方向位移的平均误差小于0.20mm。数值模拟验证了光场成像体标定模型的可行性。其次,构建了基于笼式光场相机的三维流场测量系统。组装了光学参数可灵活调节的笼式光场相机,并从微透镜组装精度、图像传感器的线性度以及系统的组装精度三个方面对组装的笼式光场相机的成像质量进行了评价。实验结果表明:微透镜的组装精度达到99.87%,图像传感器的线性度接近于1,且系统的组装精度大于90%。自组装的笼式光场相机满足实验要求,可用于实际的流场测量实验。最后,为进一步验证体标定追迹法计算权系数的可行性,将所提出的体标定技术应用于笼式光场相机与流场测量系统中,建立了测量系统的物像映射函数关系模型,计算了权系数并用于示踪粒子的层析重建。在此基础上,开展了水平管内的层流和圆柱绕流的三维流场测量实验研究,并将光场PIV的测量结果与传统2D-PIV及CFD数值仿真的结果进行比较分析,评价了光场PIV体标定方法的准确性。结果表明:体标定计算结果与数值仿真结果高度吻合,重建位置误差在横向方向和深度方向分别小于0.002mm和0.25mm,具有良好的速度场测量准确性;对于层流流场,光场重建结果中轴面的流速分布与2D-PIV的测量结果接近一致,在横向和深度方向上光场重建结果与数值结果吻合度均较高;对于圆柱绕流流场,光场重建结果中轴面的剪切与加速区的平均流速为0.54m/s,涡量主要分布在剪切区与回流区的交界处,与2D-PIV的测量结果高度一致。这些实验进一步证明了基于体标定的光场成像测速系统的可行性。