光场成像是近年来快速发展的一种新的三维成像方式。光场相机是一种使用微透镜阵列的单镜头光场成像设备,主要使用与光敏阵列耦合的定焦微透镜阵列,具有光学结构固定,景深难以调节等特征。由于基于三维光场数据的方向解析需占用较大的图像传感器空间,使用光场数据生成的渲染图像的分辨率低于使用相同图像传感器的二维成像所得到的图像。电控液晶微透镜阵列是一种基于液晶材料的光学各向异性及双折射属性,通过标准微电子工艺制作而成的可阵列化聚光或散光的梯度折射率型微光学结构。与曲面轮廓的常规石英微透镜相比,平面端面的电控液晶微透镜具有电调焦、可动态调变透光能量与光折射效能等特性。为扩展光场成像的功能并拓宽其应用范围,本文将电控液晶微光学控光结构引入光场成像领域,对基于电控液晶微透镜的电调光场成像方法进行了深入研究。本论文的主要工作如下:首先,以向列相液晶的基本特征和液晶弹性连续体理论为基础,对微圆孔阵图案电极的电控液晶微透镜阵列,使用张弛法和有限差分法进行计算机仿真;对在不同加载电压和不同液晶层厚度条件下的液晶分子在外加电场中的指向矢分布,以及对入射光的非寻常光束的相位延迟分布等进行了分析;从理论上给出了径向不均匀电场作用下的液晶层对非寻常光束的会聚和电调焦特性。其次,提出了基于铝和氧化铟锡电极的液晶微透镜阵列的电调景深光场成像方式。建立了数学模型,分析了基本成像原理和后期图像处理的模型和算法;构建了电调光场相机原型,进行了电调景深光场成像,通过改变加载在液晶微透镜阵列上的信号电压,可显著调节景深范围;通过后期数据处理,获取了不同深度、不同视角的渲染图像和全聚焦图像。与现有光场成像方式相比,电调光场成像方式可显著扩展成像景深。再次,建立了液晶基电调光场成像的三维空间投影变换模型,给出了深度估算、三维空间坐标和运动参数测量算法,详细讨论了深度分辨率及相关问题;构建了用于三维空间测量的电调光场相机并对其进行了标定;针对静态和动态目标分别进行了三维空间参数测量,计算得出三维坐标、运动速度和姿态变化等信息。与现有光场相机相比,电调光场相机可有效扩展空间测量范围。然后,提出了基于氧化铟锡电极液晶微透镜阵列的电调光场与平面双模一体化成像方法。通过通断驱控液晶微透镜的电压信号,可以在光场成像模式和平面成像模式间自由切换;构建了双模一体化相机原型,获取了同一场景的光场图像和平面图像;通过处理光场图像,得到场景各组成单元的三维结构信息;通过图像匹配,选取对应的平面图像单元进行高分辨率图像的三维重建。双模一体化成像方式将光场成像和平面成像合二为一,可充分利用光场三维数据采集能力和平面成像分辨率高的优点。最后,提出了面向红外成像的基于石墨烯电极的面阵电控液晶微透镜并用于光场成像。通过湿法转移手段将铜箔基底的石墨烯膜转移到玻璃基底及硒化锌基底上,制作了微圆孔阵电极的石墨烯电控液晶微透镜阵列,分析了可见光谱段的聚光效能和电调焦属性;通过采集点光场图像获得了近红外图像特征,为进一步发展红外光场成像技术奠定了基础。