为实现包装盒纸质基底层和透明膜层缺陷的同步检测，开展了对纸和膜缺陷的同步成像研究。首先，分别建立了标准球面积分光场、椭球面积分光场和弧面积分光场模型，并利用COMSOL Multiphysics 5.6对3类光场进行射线仿真，对比分析了球面积分光场下射线角度均匀性及辐照均匀性，通过正交仿真优化椭球面积分光场参数；其次，在椭球面积分光场环境、亮场前打光环境、暗场前打光环境下对包装盒成像。与此同时，对包装盒的油污、抵触、开口、泡皱、破损5项常见缺陷依次进行物理检测和机器视觉检测，验证缺陷成像的有效性。试验结果表明，在椭球面积分光场下成像，图像对纸质基底层缺陷特征、透明膜层缺陷特征均有较好的呈现效果，图像上油污、抵触、开口、泡皱、破损的物理检出率分别为96.2%、92.5%、100%、95%、92%，异常检出率分别为98.6%、97.5%、100%、100%、98.4%，缺陷类别检出率分别为97.6%、96%、100%、97%、96%。研究结果表明，椭球面积分光场光路角度和辐照强度均匀，覆透明膜包装盒的缺陷特征呈现清晰，满足工业生产的检测要求。