当今能源的短缺与环境状况的恶化不断威胁人类的健康和经济可持续发展，只有加强作为能源产业基础设施和重要污染源的电站锅炉的清洁高效燃烧过程的监控和管理，优化炉内燃烧工况，减少燃烧污染物的排放量，才能确保燃煤电站锅炉与环境友好的高效清洁生产工艺。 优化炉内的燃烧工况，最重要的基础环节就是对燃烧实施准确的检测，并在此基础上建立燃烧诊断和优化运行系统。但是长期以来，我们对电站锅炉炉内工况的检测还不全面，大多是通过蒸汽侧的参数和有限的火侧参数，借助运行人员的经验进行燃烧的运行调整，远远不能满足燃煤机组安全生产和环境保护的需要。 本文的研究，就是通过工业用CCD摄像机和计算机多媒体技术，实现对炉内燃烧工况的可视化检测，以获得对燃烧诊断更直接、更充分的火焰检测信息。在传统火焰监视电视的基础上，利用层析成像技术和逆问题求解的方法，重建了炉内的三维温度分布，在次基础上开发了更有效的燃烧诊断技术。 本文首先综述了温度场测量技术以及图像法测温技术的发展状况，研究了图像法测温技术，重点是利用层析技术重建三维温度分布方法的基本原理、主要技术环节和技术困难，指出本文在重建煤粉火焰三维温度分布过程中将要研究解决的主要技术问题。 然后分别研究了重建煤粉火焰三维温度分布过程中的几个主要技术环节及技术问题：(1)介质的辐射特性；(2)投影成像过程；(3)光子束在三维复杂介质中的传输；(4)逆问题的求解。 最后，根据炉膛火焰的图像信息、测量得到的炉内温度场和对锅炉运行参数的分析，提出了2项基于屏前截面热负荷分析的燃烧诊断技术。 本文所提出的方法作为一种新型的燃烧诊断技术，既能为电站锅炉的运行和管理人员提供直观的、可视化的炉膛火焰信息，又能够测量炉内的温度分布，并给出运行指导信息。随着相关学科的发展和工程应用的深化，它必将不断完善，为锅炉的燃烧过程监控和管理提供强有力的帮助。