燃烧是燃料和氧化剂发生的伴随发光、发热现象的剧烈氧化还原反应。燃烧现象广泛存在于冶金、航空航天、火电站、汽轮机等工业过程中。火焰是燃烧现象的可见形态,而火焰温度测量是燃烧诊断领域的一个重要研究方向。为了进一步揭示火焰燃烧本质以及研究燃烧规律,火焰温度场的测量越来越受到科研人员的关注。现存的三维火焰温度测量方法存在系统复杂、实时性差、操作繁复等问题。针对这些不足,本文提出一种结合了光场成像技术与分层成像技术的火焰三维温度场测量方法,并对此方法开展了系统的理论与实验研究。本文首先对光场成像技术的基础理论与方法进行了研究。基于光场成像技术,对光场相机的成像原理和内部机构以及重聚焦算法进行了探究。介绍了光学分层成像法的基本原理和概念,并将光场重聚焦与光学分层成像法相结合,提出了可以实现在单次曝光下瞬态分层成像的光场分层成像技术。对光场成像和重聚焦计算过程进行了数值模拟,用分层成像理论结合Van Citter迭代法对不同分层的原始光强分布进行了重建,重建结果证明了基于光场数字重聚焦的分层成像法的可行性。其次,搭建了光场分层成像的标定系统,并对标定方法及过程进行了研究。为了确保光场相机的重聚焦深度与实际的景深中火焰断层的位置一一对应,利用清晰度函数对景深和重聚焦参数关系进行了标定。在确定了火焰断层位置后,基于刃边法的点扩散函数模型,标定获得了不同断层面的点扩散函数。之后,提出了一种基于Hough变换的微透镜几何参数的标定方法,并在此基础上,求取了图像上R、G、B灰度值与辐射强度的拟合关系。最后,搭建了光场分层成像的火焰三维温度场测量系统,并开发了温度场测量应用软件。开展了蜡烛火焰实验,对测量方法进行了评估。把蜡烛火焰分成四个断层,并对四个断层的原始光强分布与温度场进行重建。重建的火焰外形符合真实蜡烛火焰分层外形的结构特点,重建的温度值与热电偶测量数据具有较好的一致性,误差较小。重建结果证明了基于光场分层成像的火焰三维温度场测量方法的正确性和可行性。最后,开展了对二维可视化循环流化床上的生物质单颗粒火焰的三维温度场的重建研究,对不同时刻的温度场进行了跟踪重建与分析。重建结果表明此方法可以用于实际工业火焰的测量领域。