像质评价为光场成像系统的性能评判提供定量依据,对提高系统的成像质量和整体性能具有重要作用。现阶段针对光场成像系统的像质评价理论和方法还不完善,还有一些问题需要解决。一是像质评价受重构算法的影响,会引入算法误差;二是光场成像系统的空间分辨率、视角分辨信息,深度信息等各个参数存在相互联系,相互制约的关系,目前的评价方法不能充分反映光场成像系统的上述特征;三是缺少对光场重构算法的评价。因此,建立针对光场成像系统成像特点并涵盖光场成像系统各特征要素的像质评价方法具有非常重要的意义。为解决光场相机的成像质量评价问题,本论文基于光场与相空间光学之间的联系,运用相空间光学的相关理论和方法,研究并提出了基于相空间理论的光场成像系统三维像质和综合像质评价方法。通过理论分析、仿真验证和实验测试研究,验证了所提像质评价方法的有效性,实现了对光场相机的像质以及光场重构算法的有效评价。通过研究光学系统光线扇图与光线空间（相空间的几何表示）的对应关系,提取光场相机光学系统中的光线扇图数据并进行修正和处理,获得了物点的光线空间分布。提出以光线空间中直线的扩展情况作为评价指标,解决了光场相机光学系统设计过程中的像质评价问题。提出了光场相机内部参数和安装误差的标定方法,通过实验验证了标定方法的可行性。论文的主要内容如下:1.基于四维相空间与三维坐标空间的联系,提出了光场成像系统三维像质评价方法。仿真分析了成像系统像差在相空间的分布,理论证明了相空间理论用于光场成像系统三维像质评价的可行性。基于上述光场成像系统的三维像质评价方法,实验测试了光场相机的三维像质特征,实现了对光场重构算法的评价。通过与斜刃边响应函数计算得到的调制传递函数进行比较,二者分布一致,相关系数高于97%,验证了所提出的三维像质评价方法的有效性。2.基于相空间对空域信息和角谱信息的联合表征特征,建立了同时考虑光场视角信息、空间信息和微透镜填充因子的光场成像系统综合像质评价理论模型。提出了基于点光源在相空间的扩散体积来描述光场成像系统偏离其衍射极限像质程度的像质评价方法。通过仿真分析和实验测试,验证了所提出的像质评价方法的有效性。测试了光场重构图像与微透镜下对应子图像的信噪比和调制度,测试结果表明重构算法可以提升对焦平面的信噪比单会损失分辨信息。3.分析了光场相机光学系统的光线扇图和相空间的对应关系,通过提取光线扇图数据并进行修正和处理,获得了光场相机光学系统的光线空间分布,对光线空间分布做投影变换即可得到系统的点列图分布。基于物点在光线空间的线扩展量作为指标,提出了可用于光场相机光学系统设计的像质评价方法。基于该评价方法,理论仿真分析了在微透镜阵列安装误差和主镜像差情况下光场相机光学系统的光线空间分布以及对光场相机像质的影响4.分析了光场相机对微透镜阵列的装配误差控制要求。提出了基于主镜出瞳距寻优的光场相机参数标定方法和基于测角法的微透镜阵列安装误差标定方法。通过实验测试验证了两种方法之间相同标定参数的一致性,证明了所提出的标定方法的可行性。本论文提出的光场相机像质评价方法与光场相机的成像特点高度适应,能够充分表征光场相机的三维成像特征和多维信息特征,基于所提方法实现了针对自研光场相机的三维像质评价和综合像质评价。