传统成像系统以所见即所得的形式记录了场景光场在二维成像平面上的投影,丢失了光线的方向信息,限制了光学成像的发展。随着对光场成像理论研究的不断深入以及工业技术的不断进步,光场成像技术使用新型光学器件完整地记录了场景的光场信息,凭借其强大的后处理能力颠覆了传统成像模式,具有重大的研究意义。目前,国内有关光场领域的研究处于初步阶段,对光场成像的原理及应用的研究尚未充分。本文对光场成像原理和光场数据处理进行了详细的分析,并从频率域对光场重对焦进行了深入研究,主要内容和成果包括以下几个方面：一、论文首先回顾、分析了光场相机成像和重对焦的基本原理。通过射线空间图讨论了光场成像与传统成像的主要区别,深入分析了光场成像机理,并在此基础上回顾了光场相机在空间域和频率域上的重对焦原理,推导了基于四维傅里叶切片定理的频率域重对焦计算公式。二、为保证光场重对焦的实现,实现了从二维光场图像到四维光场数据标定、校正和提取的完整解决方案,为后续重对焦的实现提供数据。针对光场相机中微透镜阵列排列、部件的加工和装配误差、光学元件的畸变效应等不确定因素,实现了微透镜中心标定、颜色校正、微透镜阵列格点校正、光场成像内参标定、畸变校正、子光圈图像提取等一系列完整方案。三、针对目前已提出的两类光场成像技术：传统光场成像和会聚式光场成像技术,为获取更一般化的频率域重对焦公式,将二维傅里叶变换的相似性定理和仿射定理推广到N维情况,提出并证明了N维傅立叶变换的相似性定理。针对N维情况下傅里叶切片定理,提出了一种基于N维傅里叶相似性原理的N维傅里叶变换切片定理及其推导证明方法。进而提出了四维光场成像的傅里叶切片定理的推导证明方法,简化了现有方法的推导证明过程。四、根据所提出的N维傅里叶变换切片定理,针对图像传感器尺寸限制以及离散采样的特点,将光场信号先表示为周期连续信号,再对其进行离散采样,进而提出一种基于分数阶傅里叶变换的重对焦计算方法,实现光场数据的重对焦。