本发明属于火焰成像技术领域，尤其涉及一种用于大分子碳氢燃料燃烧的变焦火焰成像系统，包括：依次相连的：相机、硬杆内窥镜、壳体；其中相机通过相机支架与壳体末端的法兰连接，相机通过光学接口与硬杆内窥镜相连，硬杆内窥镜从壳体末端外深入到壳体内前端；壳体前端一侧开有窗口，窗口上安装有高温玻璃片；高温玻璃片外侧的铜垫片凹槽与壳体内的气管相通，气管入口位于壳体末端；壳体内还设有联通壳体前端的进水套管和出水套管，进水嘴和出水嘴位于壳体末端。本发明可以大幅度减弱观察窗视口前的炭黑沉积，采用双层复合式冷却方法，对整个系统起到冷却作用，适用于燃烧室不同工况条件下的火焰成像。