三维量测系统是数字摄影测量工作站的硬件组成部分之一，主要任务是在立体观测条件下由作业员控制为主机提供数字位移量即数字输入，完成三维量测和物方信息的采集。本文在对国内外用于摄影测量具有代表性的三维量测系统进行解剖、分析的基础上，提出了基于光学感应技术和单片机的三维量测系统总体设计方案。在方案的实现过程中，利用先进的光学感应技术有效地解决了三维量测系统的定位问题；采用多种集成芯片构成适于专业三维量测的单片机应用系统，提高了系统集成度，简化了系统硬件设计；通过单片机程序设计实现了三维量测系统的数据采集、处理与通信。基于本文设计思想实现的三维量测系统，不仅形式上更加符合数字摄影测量对三维量测系统的小型化、集中化的要求，而且经交互式模拟实验验证可以满足专业测量要求。从而为研制数字摄影测量系统中具有完全自主版权的三维量测系统奠定了基础。