本实用新型公开了一种基于单透镜的多目三维内窥成像系统，包括设置于内窥镜图像采集部件前端侧面的多个物镜，多个物镜沿图像采集部件侧面纵向排列，且各物镜均偏转一定角度对准同一目标点；所述图像采集部件上位于物镜之间设置LED光源和结构光；所述物镜沿着光入射方向包含光阑、透镜、滤光片、保护平镜和图像传感器，所述透镜的入射面为以曲面为基底的衍射面，透镜的出射面为非球面。本实用新型所公开的内窥成像系统具有较大空间排布，可采集到较多的三维信息，采用多个物镜组合，可有效进行高精度的三维尺寸测量；采用单片透镜的成像系统设计方式，有效减少透镜尺寸，实现高清成像质量。