光场成像作为一种可同步探测多维光热辐射信号的新兴成像技术,具备非侵入式、高时空分辨率、可视化等优势,近年来在高温火焰监测、三维流场测速等复杂场景测量方面发挥着重要作用。目前,光场相机是最为常用的光场成像测量传感器,该系统通过内置于图像传感器前的微透镜阵列实现光线四维空间-角度信息的采样与记录。高质量的光场成像数据是保障光场测量应用的基础,然而实际系统中难以避免的微透镜阵列误差将引起光场成像不确定性,导致目标测量精度和重建效率显著降低。此外,被测目标的重建策略也是影响系统测量性能的另一关键因素,特别是对于参与性介质温度重建,其精度和复杂度直接依赖于光场相机结构和重建方案的选取。因此,研究微透镜阵列误差作用的光场成像特性和降质机制,建立误差校准模型和光场失真补偿校正方法,开发快速高效的介质温度重建策略,对基于辐射光场成像的复杂目标测量技术发展具有重要的理论意义和实用价值。为此,本文围绕基于微透镜阵列光场成像的不确定性分析及三维火焰重构开展相关研究,建立微透镜阵列误差模型及其光场成像模型,提出光场成像不确定性评估方案,分析不同误差作用的光场成像不确定性及影响机制;提出基于特征点提取的光场局部校正方法和旋转误差估计校正法,对微透镜阵列误差所引起光场失真图像进行校正;在此基础上,评估并校正微透镜阵列误差作用的火焰表观辐射光场成像特性,发展基于光场重聚焦堆栈的火焰重建策略,实现气体火焰的三维结构和温度场的高分辨率快速重建。主要内容包括以下五个方面:介绍光场成像原理和非聚焦式光场相机的光路结构优势,建立非聚焦式光场成像系统模型,发展基于子孔径图像的超分辨率数字重聚焦算法;归纳总结光场成像系统微透镜阵列误差来源和特征,构建基本误差参数表征模型;提出适用于光场图像局部子图像质量评价指标,建立光场成像不确定性评价方案,从而形成误差作用光场成像过程模拟-光场数据后处理-光场图像失真量化评估的完整分析框架。利用微透镜阵列误差作用光场成像模型和不确定性评估方案,探究各基本误差参数的光场成像特性,包括光场图像的子图像失真特征、强度和结构失真分布规律等,分析各误差图像失真降质的作用机制。进一步讨论多种面形误差耦合情况下的光场失真分布特征。根据微透镜阵列误差的光场成像特性和降质机制,开展失真光场的补偿校正研究。针对不同误差引起的图像失真,提出基于特征点提取的光场局部校正方法及其亚像素级优化校正方法以及旋转误差估计与校正方法。通过光场校正仿真实验,确定三种校正方法对于不同误差的适用范围和校正精度,并在实景目标光场中验证方法的有效性和可行性。针对火焰光场测量中系统误差引起的成像不确定性,建立火焰辐射光场成像模型,分析误差作用下火焰表观辐射光场成像特性及各分层成像偏差沿程传递过程,讨论火焰辐射物性参数（衰减系数、散射反照率和散射相函数）对其成像不确定性的影响,并采用所提出的校正方法对不同辐射物性火焰的失真光场图像进行校正评估。对于非聚焦光场成像系统,提出基于光场重聚焦堆栈的火焰温度场重建方案,采用Richardson-Lucy迭代算法解算火焰重聚焦堆栈图像序列,并利用图像像素强度与辐射强度的对应关系重建出火焰的三维温度分布。通过对层流轴对称火焰的三维结构和温度场进行仿真重建研究,讨论合理迭代次数、重建图像数据可靠性,并验证重建方法的可行性。