本发明提出了基于多目视觉的空间目标重构与位姿估计方法及系统，属于空间非合作目标位姿估计技术领域，首先建立理想相机模型及畸变模型，建立多目相机视觉系统，标定仿真相机内参；然后使用深度卷积神经网络实现对特征点的提取与匹配，进行卷积神经网络的多目视觉空间目标三维点云重构，完成稀疏点云生成；最后基于概率最近点迭代算法(PICP)的非合作目标位姿估计；本发明针对双目视觉过程中特征点误匹配、点云数量过小、点云配准鲁棒性过低等问题进行了改进，克服了传统方法极易收到外部环境的干扰，在面临复杂环境时易受到干扰导致误匹配的发生，进而影响后续的位姿测量等问题。