随着三维图像在人们的生活当中不断出现，现在越来越多的应用都逐步以三维图像的形式出现在我们的视野当中，从而使我们能够更好的感知现实世界的多样化。计算摄影学是近几年新兴的一门学科，而其中光场相机以其在成像方面的优势，开辟了研究三维成像的新领域。本文采用光场相机捕捉场景，利用其在成像过程中能够记录场景多维度信息的能力，代替传统相机在深度提取技术中的应用，从而更有效的感知场景深度。本文对光场成像系统中涉及的关键技术做了相关研究，并对光场理论进行了系统地研究，结合光场的定义和光场渲染理论的研究阐述了光场在三维数字成像中的重要应用。此外，本文还给出了所采用光场相机的光场获取方式、光场四维参数化表示，并且对光场相机相比于传统相机在三维数字成像上的优势做了相关研究。本文采用了一个光场能量函数，并且从物理学、光度学以及几何光学的角度上对光场的本质和光场在感光设备上的影响因素做了详细论述。其次，通过对理想成像、投影变换、成像光学系统中的光照度和光场能量函数的研究推导出光场成像系统中的成像表达式，验证了光场相机中的数字重聚焦技术。在此基础上，引入焦点堆栈变换，提出了超分辨率离散焦点堆栈变换算法，通过实验得到效果很好的超分辨率重聚焦图像以及全聚焦图像和深度图。最后，在对光场相机焦点堆栈研究的基础上，本文设计并实现了一种基于光场相机焦点堆栈的三维简单模型生成的方法，恢复出所捕捉到的场景信息。通过实验结果可以得出，本文所提到的这种方法能够有效的恢复出拍摄场景的深度图以及三维模型效果图。