基于参数水平集与调频激光的火焰多参数瞬态测量装置及方法，属于高温火焰燃烧诊断技术领域。为了解决传统激光层析吸收技术在多参量重建过程中存在时空分辨率低、重构结果存在尖刺噪声和无法捕获火焰拓扑结构等问题。本发明所述方法通过将主动调频激光照射到火焰上，由探测器阵列获取高温火焰多角度的辐射衰减信息，利用基于水平集方法获得的后验拓扑结构和先验平滑信息来改善稀疏数据下逆问题的不适定性，并通过主动调频激光的多角度投影信息及参数化水平集方法的重建策略，能获得清晰的高温火焰拓扑形状，实现多光谱辐射特性参数、温度场及物种浓度瞬时测量。主要用于火焰的多参数瞬态测量。