一种全空间单目光笔式视觉测量方法。其包括建立基于精密旋转台的旋转光学系统；标定相机内参矩阵和畸变矩阵；转台转轴方向矢量和旋转中心标定；相机旋转运动模型建立；统一多次测量结果在初始相机坐标系中；完成大尺度视觉测量等步骤。本发明提供的全空间单目光笔式视觉测量方法能够快速、准确地标定出旋转光学系统转轴参数，根据转轴参数和旋转角度，结合罗德里格斯变换公式将不同角度下的测量结果统一在初始相机坐标系下，大大提高了测量尺度，甚至达到全空间测量。其意义在于在保证现有单目光笔测量系统精度的前提下，大大提高了测量范围，从而可以适应各种灵活多变的工作环境。