燃烧广泛存在于能源动力、航空航天、冶金和化工等领域。准确可靠的火焰温度监测有利于提高燃烧效率、降低污染排放、保证生产安全。同时,火焰三维温度分布的准确测量既是燃烧过程机理研究的基础,也是燃烧装置设计的重要依据。基于火焰辐射光场成像的火焰温度场测量方法具有非侵入、响应时间短、系统简单、不需要信号发射装置等优点,获得了广泛关注。本文主要开展了基于光场层析成像的火焰三维温度场测量方法研究,为开发可靠的火焰三维温度场测量仪器提供了理论和技术基础。首先,介绍了火焰辐射的光场成像基本过程,发展了火焰辐射逆向光线追迹模型。结合火焰的辐射传输特性,提出了光场采样方向和位置特性的定量评价指标。分析了探测器像素、微透镜位置以及光场成像系统光学参数对光场采样特性的影响。在此基础上,提出了火焰辐射光场采样的优化方案,采集了轴对称和非轴对称火焰的辐射信息,并利用光场体重建方法重建了火焰温度分布。结果表明优化后的火焰辐射角度采样增大了23倍,非轴对称火焰的重建误差小于3%。针对光场体重建温度场空间分辨率低的问题,将光场重聚焦成像和光学分层成像技术相结合,开展了光场层析成像三维重建方法的研究。着重研究了光学分层重建断层辐射强度重建精度低的问题,分析了火焰发射率对温度重建精度的影响,进而提出了改进的光场层析成像温度场测量方法（Light Field Sectioning Pyrometry,LFSP）。发展了光场重聚焦图像的点扩散函数模型,据此分析了光场相机光学参数与深度分辨率和横向分辨率之间的关系,进而实现了对LFSP重建空间分辨率的定量评价与相机的参数优化。结果表明LFSP重建的横向分辨率和深度分别可以达到100μm和10mm,显著高于传统的光场体重建方法。在相机参数优化的基础上,设计并研制了光学参数可灵活调整的笼式光场相机,并对相机的装配精度、成像的渐晕与畸变、传感器的噪声与线性度等方面进行了分析与评估。开发了基于笼式光场相机的信息处理软件,具有相机拍摄参数控制、光场原始图像采集与解码、光场成像结果展示与存储等功能。在此基础上,对测量系统进行了参数标定与性能评估。结果表明:笼式光场相机的装配精度、成像特性及图像传感器性能均满足实验需求;LFSP测量系统的温度标定误差小于3%。为了验证LFSP的可行性,对乙烯扩散火焰和高温多相流进行了实验研究。对于乙烯扩散火焰实验,主要重建了层流、湍流、双峰等不同结构和流动特性下火焰的三维温度场,并与热电偶测量结果进行了比较与分析。结果表明:LFSP的测量结果与热电偶测温结果相吻合,具有较好的温度测量准确性;同时,LFSP具有较高的空间分辨率以及时间分辨率。对于高温多相流实验,根据对象特性改进了温度测量算法,将LFSP与粒子追踪测速技术相结合,同时测量了高温飞行颗粒的温度、速度参数,并与理论模型和实验现象进行了比较与分析。结果表明:飞行颗粒的温度变化趋势与理论模型一致,大量颗粒温度高于铁及氧化亚铁的熔点,这与形态观察中发现大量颗粒出现熔化的现象相一致。总的来说,实验结果证明了LFSP测量技术的可行性,具有广泛的应用前景。