以气液两相环状流管道横截面的周向液膜为测量对象，采用单台高速摄像机和平面反射镜组构建了虚拟双视角的视觉传感器，并对传感器进行了优化。基于虚拟双目立体视觉原理建立虚拟双视角视觉传感器测量模型。为了尽可能增大有效拍摄视角以获得更多液膜流动信息，综合考虑视场区域、传感器尺寸、测量距离以及管道光路折射等因素，对虚拟双视角视觉传感器模型进行了分析和设计，优化了传感器模型的结构参数。理论分析及实验结果表明：优化后的虚拟双视角视觉传感器可以获得近300°的有效周向测量视角，远远优于使用单台高速摄像机进行直接拍摄。该项研究为通过双视角视觉传感器进行气液两相环状流周向液膜的实时测量提供了理论基础，对研究液膜厚度和分析环状流流动状态具有重要意义。