本發明公開了一種基于單光場相機的微尺度流動三維速度場的測量裝置及方法,其中測量裝置包括雙脈沖激光器、熒光顯微鏡、相機系統、同步控制器和計算機,其中計算機用于存儲CCD相機獲得的光場圖片;選擇兩幀時間間隔為Δt光場照片,利用計算的點擴散函數,反卷積重建出示蹤粒子的三維位置信息;通過三維互相關算法得出微流場的三維速度場信息。本發明采用單相機系統與傳統熒光顯微鏡結合,實現微尺度流場的三維速度場測量,系統無需深度掃描,可以對非定常流動或非周期性流動的流場測量。