分布式多孔径光学成像系统作为新型光电探测设备,具有同时探测多维度信息、体积小、精度高的优点,将在现代军事技术、工业制造技术等领域发挥着越来越重要的作用。光场成像技术作为分布式多孔径成像技术的一种,迅速发展且日益成熟,基于光场成像技术的全光相机,可以实现四维光场信息采集,已经广泛应用于工业领域。但传统的光场成像系统存在分辨率低、景深小、成像质量低的问题,为解决这一问题,本文对分布式多孔径光场成像系统进行研究,以拓展系统的景深和分辨率,并提高成像质量。本文以分布式多孔径光学成像系统结构设计与优化为研究主题,从光场成像原理及成像特性出发,对分布式多孔径光场成像系统结构设计与性能参数进行深入的研究。针对传统光场成像系统分辨率低的问题设计了聚焦型光场成像系统,设计了新型的四焦距方形紧密排布的微透镜阵列结构提升景深,并采用非球面优化子微透镜的成像质量,并搭建分布式多孔径光场成像系统实验平台,验证所设计系统的功能。本文首先对分布式多孔径光学成像系统原理进行研究,主要考虑聚焦型光场成像的关键技术,包括基于光场的参数化表示、基于微透镜阵列的光场信息采集、光场重聚焦等技术,为后续分布式多孔径光学成像系统的设计奠定理论基础。对分布式多孔径光学成像系统的设计方法进行研究,深入分析成像系统的结构参数和性能指标,给出了系统设计的整体方案,并通过ZEMAX软件的几何位图分析模拟系统成像,仿真结果良好,验证了理论设计的可行性。提出一种四焦距方形紧密排布的微透镜阵列结构对成像系统进行优化,相比于单焦距微透镜阵列结构,系统景深提高了6.57倍,并且该结构具有更高的像素利用率。采用双面偶次非球面面型对子微透镜进行优化设计,提升子微透镜的成像质量。通过ZEMAX光学软件进行模拟成像,仿真结果表明,该系统可以在不同的位置实现不同目标的聚焦,实现了拓展成像景深的设计目标。最后,进行了器件选型,设计并搭建分布式多孔径光学成像系统实验平台,获取了光场图像,并通过图像处理算法实现了光场图像的重聚焦与超分辨率重建,可以将光场图像的空间分辨率提升4倍。仿真与实验结果表明,本文设计优化的分布式多孔径光学成像系统,可以拓展景深、提高分辨率与成像质量,并能够实现光场信息的分布式提取,对未来分布式成像系统的进一步研究,具有一定地促进作用。