传统相机对光信号进行角度积分,在传感器平面上记录了光场的二维投影,丢失了光线的方向信息。不同于传统成像,光场成像能够同时记录光线的四维空间-角度信息。本文分别从光场成像的记录方式与照明方式进行深入研究,基于光场成像的这两个方向分别提出了新的编码方式。本文开展如下的研究工作:现有的光场成像方法通过微透镜阵列、针孔阵列与编码掩模等对光线进行编码记录,通过这种方式获取光线的方向信息,实现对光场的捕获。基于对光场成像对光线编码方式的深入研究,发现扩散片能够按入射角度对光线进行唯一编码,因此以扩散片所在平面作为角度采样面,以另一平行平面作为空间采样面进行扩散板编码的光场表征,进而建立了无透镜散射光场传输模型。利用扩散片编码的平移不变性质,通过由轴上点源生成的单幅伪随机图案即可完成对光场传输矩阵标定。由此,通过方向交替乘子法与压缩感知算法对特定逆问题进行求解,能够从二维图像中重建出突破传感器分辨率限制的目标光场。基于上述的光场成像模型和标定策略,进一步设计并搭建了无透镜散射光场成像的实验装置,对不同实验场景进行光场重建和分析。验证了成像系统的可行性,通过重建的光场数据分析了影响重建结果的因素。另外,光场成像能够提供深度线索进行深度传感,但被动式光场深度估计依赖于物体表面纹理几何结构,存在鲁棒性和精度低等问题。为此,我们引入结构照明,为光场成像提供对强度不敏感的相位编码信息,发展了一种无需相位展开的结构光场深度估计方法。在结构光场中,相位具有四维空间-角度结构,因此相位分布具有特定的几何约束条件。通过对折叠相位进行处理使其具有局部连续性,并结合光场的局部角度方差约束,使得处理后的折叠相位实现了主动光场深度估计。相比于被动光场深度估计,该方法具有更高的鲁棒性和精度,并且无需求解条纹级次进行绝对相位展开,实现高效的结构光场深度估计。最后,搭建了结构光场成像系统进行场景深度估计,通过与基于绝对相位的深度估计结果进行对比,验证了所提出方法的有效性。