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本发明提供了一种多光纤束的单光场相机三维成像系统及其测量方法,所述三维成像系统采用单台相机和配套的若干光纤束、镜头及调节器,即可显著增大光场相机的成像基线,提高光场相机的三维空间分辨率,尤其是景深方向的空间分辨率;并且由于光纤束的使用,光场相机可以远离拍摄场景进行布置,从而使得该三维成像系统可被应用在易造成设备损坏的危险环境中;基于该三维成像系统,实现了利用单台光场相机即可完成高精度三维测量的功能,能够用于流场三维测速或者三维固体外观检测等领域。