本发明公开了一种基于多帧随机二元编码光场的三维数据采集系统及方法，能够在各种环境中采集非静态、准静态、静态目标的三维数据，其采集精度和分辨率可调，且投影和拍摄无需严格同步，不受投影装置非线性的影响，不依赖精密切换机构，减小了设备体积并降低了成本。该系统包括：具有左相机和右相机的双目相机、投影装置、以及同步控制电路；其中，投影装置用于投影随机二元编码图像序列至测量目标的表面；同步控制电路用于在投影装置投影每一幅随机二元编码图像时触发双目相机拍摄经过测量目标表面形貌调制的光场图像；三维重建算法模块用于对获得的二维立体图像序列对进行图像分析处理，得到测量目标的在不同视图下的三维点云数据。