本发明公开了一种基于视觉的六自由度小位移检测方法，在被检测对象的上表面设置一矩形视觉标靶，并在被检测对象的上表面设置一准直光光源1在光接收器1上形成光斑1，并对矩形视觉标靶成像，根据矩形视觉标靶图像的平移得到被测对象发生的平移Tx和Ty，根据矩形视觉标靶图像的转动得到被测对象发生的旋转位移Rz；由光斑1发生的位移得到被测对象的转动位移Rx和Ry；在被检测对象上表面偏离视觉标靶的位置设置一平面反射镜，并在被检测对象上方设置准直光光源2发出的准直光经反射面反射后由光接收器2的敏感面接收，由光斑2发生的位移ΔYs得到被测对象的平动位移Tz。本发明的有益效果是对六自由度位移检测精度高。