本发明公开了一种基于哈特曼光线追迹的非均匀介质场的测量方法，包括采用彩色三步移相法对影像进行计算并得到相位信息，采用反积分曲线三维重建算法计算得到测量空间内部存在的液液混合介质的折射率的变化数据；本发明采用彩色三步移相法，结合三维非均匀介质场的反积分曲线三维重建算法，通过投影屏和远心光学系统的组合设置，实现了对非均匀介质场的测量光线的准确追迹及对三维空间折射率的瞬态折射特性测量，大大提高了测量精确度和效率；并且基于哈特曼光线追迹的非均匀介质场的测量系统整体设计精密，测量精度高，成本较低，应用范围广，具有重要的理论意义和工程应用价值，适合推广应用。