本发明公开的双边错位差动共焦聚变靶丸几何参数综合测量方法与装置，属于共焦显微成像、激光惯性约束核聚变及精密光电测量技术领域。本发明将激光双边错位差动共焦技术与三维回转扫描技术结合，利用激光双边错位差动共焦技术对激光聚变靶丸壳层的内、外表面进行精密层析定焦，利用三维回转扫描技术对靶丸进行正交回转驱动，通过对靶丸内外表面各点的定焦信息进行解算和重构获得靶丸内/外表面的曲率半径、表面圆轮廓和三维轮廓、壳层厚度及其三维分布等参数，实现聚变靶丸几何参数综合测量。本发明能够为激光惯性约束核聚变仿真实验研究、靶丸制备工艺研究和靶丸筛选提供数据基础和检测手段。