本发明提供了基于单目光学摄影的三维目标自动定位定姿方法，包括以下步骤：构建目标物体的可视化的三维模型；在世界坐标系中预设三维模型和相机的位置，并以此建立世界坐标系与物体坐标系、相机坐标系的坐标系变换关系；随机改变虚拟场景中的相机或者三维模型的空间位置，并记录相应的影像和空间位置变换信息；对机器学习模型进行训练，获得位姿预测模型；目标物体的实物单目照片输入位姿预测模型，位姿预测模型输出对应的目标物体或相机相对于预设位置的坐标变换值。本发明可以对传统的单目视觉成像设备所拍摄到的目标物体进行精准的空间位置和姿态的评估，无需增加额外的标记物或相机，或实地的对目标物体进行任何校准和处理。