本发明公开了一种二维姿态角的测量方法，通过以平行准直光源为基准光源，具有多个不对称的阵列小孔的针孔光阑作为光学系统，在图像传感器四周设置一组高精度平面反射镜，将平行准直光源的大角度平行入射光通过针孔光阑，经过平面反射镜的反射后投射在图像传感器成像面上形成光斑，计算光斑质心在成像面的平面直角坐标系上的坐标，并根据各阵列小孔的中心坐标和预先设定的系统焦距，通过三角几何的方法计算出光线的二维姿态角；本发明同时公开了一种二维姿态角的测量系统；通过本发明的方法使姿态角的测量能够达到大量程的测角范围，并且由于采用平行准直光源为基准光源和针孔光阑作为光学系统，使系统的设计与工作距离无关。