燃烧现象广泛存在于电站锅炉、工业流化床、发动机、燃气轮机、新型金属陶瓷材料的生产过程中。火焰温度既是燃烧机理的研究基础,也是燃烧状态诊断及燃烧装置设计的重要依据,火焰三维温度场的准确重建,对实现能源的高效率、低污染、智能化利用具有重要的指导意义。现有的三维火焰温度测量方法存在系统复杂、实时性差、操作繁琐、对结构复杂的火焰重建精度较差等问题。针对这些不足,本文提出了基于多光场相机成像的火焰三维温度场测量方法,开展了系统的理论与实验研究。研究了火焰辐射光场成像原理及CCD探测面响应模型,在此基础上阐明了火焰成像的光线追迹方法。结合火焰内部的辐射传输模型,建立起火焰辐射多光场相机成像模型,实现了火焰辐射光场图像对应的光线辐射强度的计算。提出探测权重矩阵均匀度的概念,来评价多光场相机系统的光场采样特性。分析了火焰物理性质及相机配置参数对光场采样特性的影响,并通过量子微粒群算法实现多光场相机系统的配置方案寻优,为多光场相机测温系统的研制提供设计依据。结果表明:当相机数目越多、相机布置角度越分散、火焰微元体划分数目越多、光学厚度分布越均匀时,该系统的采样均匀度越高。火焰分布情况越复杂,均匀采样所需的光场相机数目越多,所能达到的采样均匀度越差。光学厚度过大会造成采样低效区的出现,应在减少探测盲区的视角上布置光场相机,进行辐射信息采样,以提高火焰温度场的重建精度。提出了优化的火焰三维温度场重建算法与采样光线筛选策略,改进了当前常规的三维重建算法,优化了光场相机的布置方案,通过数值仿真研究验证了重建方法与采样特性优化布置方案的可行性。结果表明:火焰三维温度场的重建效果与其温度分布情况、光场相机的距离及重建算法的选择有关,本文优化算法抗噪性能好,满足非负条件,相比LSQR算法具备更强的可靠性;单光场相机温度测量系统无法实现对非中心对称分布火焰三维温度场的准确重建,需要引入多个光场相机;在同等相机数目下,对采样角度进行均匀性优化配置可以显著提高重建精度;采用两个光场相机,并对其布置方案进行优化设计后对非中心对称分布的火焰进行采样,其温度场重建结果的最大相对误差小于0.05%,与设定值吻合良好,表明提出的优化重建算法、光线筛选策略及光场相机布置方案是合理可靠的。开展了基于多光场相机成像火焰三维温度场重建方法的实验研究。设计并搭建具有非中心对称火焰喷口的同流燃烧器,使用乙烯层流扩散火焰作为测量对象,以两台光场相机组成光场信息采集系统。对CCD探测器的辐射强度进行标定,得到了火焰辐射强度与光场图像灰度值之间的拟合关系。对两台光场相机进行了光轴对中及同步触发设置,拍摄得到不同工况和视角下乙烯层流扩散火焰的光场图像。重建了火焰的三维温度场分布,并与热电偶的测量结果对比,来评价测量精度。结果表明:对多光场相机系统进行采样特性优化配置后,其火焰温度场的重建结果是可靠的,与热电偶的测量结果吻合良好,两种测量结果的最大偏差率小于7%。这说明本文所述的基于多光场相机的火焰三维温度场测量方法效果良好,可被应用于实际的工业领域。