本发明公开了一种基于大范围小视场运动测量需求的光路设计及视觉测量系统，该光路设计主要包括：激光器，凸透镜，编码靶标以及白色光屏。激光器光源经由凸透镜后形成点光源，进入编码靶标中，并在白色光屏处形成实时影像；视觉测量系统主要包括：光路、图像采集设备、图像传输设备以及数据处理设备。图像采集设备获取由光路产生的实时影像，即编码靶标信息；图像传输设备将采集的图像序列传入数据处理设备，通过相应的解码算法对编码靶标信息进行处理获得所需三维空间运动信息。当该光路放置于具有大运动范围的被测物体上时，借由编码靶标的特点，可满足大范围小视场的测量需求，实现高测量准确度与大测量范围的兼顾。