传统相机在拍摄过程中相机参数需要预先设置,并且只能得到一个像平面的强度信息,这极大的限制了人们获取图像信息的丰富程度。光场相机能够实现先拍摄,后期通过数字重聚焦成像,景深控制灵活,以及易实现景深扩展等优点,使得光场相机在针对目标的多维特性进行探测过程中具有较强的适用性,因而具有广阔的应用前景和研究价值。本文首先分析了光场的描述、光场成像原理及技术,对比探讨了针孔阵列与微透镜阵列采样的优缺点;阐明基于微透镜阵列的光场采样,实现的是面采样方式,采集到的光场信息丰富,没有光通量损失,因此该采样方式更具有优势。从离焦现象出发,推导分析了数字对焦与数字变焦的原理和实现方式,给出了数字重聚焦的思想和原理;通过分析双目立体相机聚焦过程中图像的平移和叠加,讨论了微透镜阵列型光场相机的数字重聚焦方法,即子孔径图像的叠加原理,并从空域解析了实现光场图像数字重聚焦的算法;根据傅里叶切片定理,从频域解析了实现光场图像数字重聚焦的算法。在理论研究的基础上,利用Illum光场相机拍摄了原始光场图像,使用MATLAB提取了原始光场图像,编写算法程序完成了数字重聚焦的实验研究。结果表明,对于选定的重聚焦平面,重聚焦后该面上景物图像清晰度明显提高,而距离该平面越远,图像清晰度越模糊。原因在于该重聚焦面是由所有子孔径图像平移叠加得到,子孔径图像反映的是不同视角观察的结果,因而离重聚焦面越远,不同观察视角造成的图像位移越大,叠加后越模糊。根据数字重聚焦的原理和方法,设计了两种测量光场深度信息的方法,即参考面法和标定法。参考面法是已知某一景物平面的深度,通过数字重聚焦确定出其和待测平面的对焦深度系数?来测量深度信息;标定法是固定相机参数的情况下,先依次移动景物面拍摄光场图像,利用数字重聚焦完成对焦深度系数?的标定,再对该参数相机拍摄的待测光场图像进行数字重聚焦获得待测面的对焦深度系数,最后通过与标定结果进行对比来测量深度信息。进而设计了实验场景,研究了两种测量方法的应用及测量误差。结果表明,对参考面法测量景物面深度,当选择距离镜头较远处的位置作为参考面时,实验测量的最大相对误差小于8%,且参考面距离相机镜头越远测量相对误差越小;当参考面选定后,待测面到相机镜头距离越远测量相对误差越小,深度测量的结果越准确。对标定法测量景物深度,在标定范围内其测量相对误差均小于5%;若待测面是单平面景物,测量相对误差随机分布;若待测的是多景物面组成的光场,测量相对误差随着景物面到相机镜头距离的增大而增大。比较两种测量方法,标定法明显优于参考面法,一是测量相对误差较小,二是标定法测量时,只需要采用已知光场景物完成一次标定可以多次使用,且不需要待测光场的任何信息。论文在研究光场深度信息测量过程中,针对数字重聚焦图像的效果,引入了图像清晰度评价,讨论比较了三种图像清晰度评价函数的特性,给出应优先选择Brenner函数作为重聚焦图像的清晰度评价函数。