激光三维成像以原理简单、主动非接触探测、信息丰富等优势在航空、航天、环境监控、地质测绘、数字城市建模等领域有着广泛的应用。目前的激光三维成像基本都是在激光测距的基础上通过一定的成像方式来进行探测,对比国内外研究现状,我国主要存在测距精度较低、成像分辨率与成像效率不高且无法获取大面阵APD探测器的问题,针对这些问题,本文设计了一种基于差分光路回波接收与MOEMS扫描成像相结合的激光三维成像系统,在提高系统测距精度与成像效率方面做了一些有益探索,具体完成了两方面的工作：1.分析现有激光测距方法,选择适用于激光三维成像的脉冲法作为本文距离信息的获取方式,分析脉冲法精度不高的原因,主要是回波时刻鉴别精度不高,课题组提出一种基于差分光路方法的脉冲激光测距方法,该方法通过双通道接收回波并进行差分处理,将传统的峰值时刻鉴别转化为过零点时刻鉴别,能够提高系统灵敏度,抑制背景噪声,从而提高信噪比,提高测距精度。在理论与仿真分析下,设计并搭建了实际的测距系统,首先验证了最佳灵敏度与差分距离的关系。在最佳灵敏度条件下,通过实验对比传统方法与光路差分方法的测距结果,在相同背景噪声情况下,基于光路差分方法的测距误差的均方根由95mm减小至70mm,降低至73.7%。2. MOEMS以其体积小、精度高、速率快等优势是下一代激光三维成像扫描技术的发展方向,本文在研究MOEMS工作机理的基础上,设计了基于MOEMS扫描器件的扫描激光三维成像系统,配置了MOEMS硬件及外围控制电路,对扫描控制算法进行了研究与设计,设计机械结构并搭建实验系统,基于该系统进行了三维扫描成像实验,通过调节扫描步长,能够获取目标清晰图像,为提高激光三维系统成像效率做了有益探索。