一种用于捕获目标物运动全过程的显微成像装置及方法，该装置由机架、光源、光路系统、调焦系统、上部物镜镜头、精确控速载物台系统、光学三棱镜、下部物镜镜头、高速摄像机系统和图像分析处理软件系统组成；机架提供支撑；光源和光路系统提供照明和光线传输；调焦系统调节焦距，使目标物准确成像；上部物镜镜头捕获目标物水平图像；下部物镜镜头结合光学三棱镜，捕获目标物竖直方向图像；精确控速载物台系统提供与目标物运动方向相反、大小可控的运动速度；高速摄像机系统记录目标物图像；图像分析处理软件将水平和竖直图像还原为三维图像，根据精确控速载物台系统反向运动速度，获得目标物运动全过程三维图像；可用于生物医学、临床诊断等领域。