本发明提供一种全光场成像相机，包括依次排布以构成像面强度信息采集系统的成像组件和二维阵列探测器，依次排布以构成空间傅里叶频谱强度信息采集系统的成像组件、傅里叶变换透镜和二维阵列探测器，以及与探测器通信连接的运算处理器；成像组件接收来自待测物体的照明光并形成成像光，成像光在探测器的探测面上成像以形成第一像面，成像光在傅里叶变换透镜的前方成像以形成第二像面，并在傅里叶变换透镜的后方的焦平面上的探测器的探测面上形成空间傅里叶频谱强度信息面。本发明还提供了相应的成像方法及全光场成像装置。本发明的全光场成像相机解决了现有相位成像技术中的采样率要求高，需要重叠获取冗余信息，算法收敛慢等困难。