本发明公开了一种双模成像系统,包括激光生成装置、激光预处理装置、三维扫描装置、物镜、微型超声换能器、水箱、数据采集卡、荧光信号分离装置、荧光信号处理装置、计算机、分光镜以及第一光电探测器。其中激光预处理装置用于对激光进行预处理;三维扫描装置用于控制激光光路;物镜用于聚焦激光;微型超声换能器用于将光声信号转换为第一电信号;物镜与微型超声换能器均放置于水箱中;数据采集卡用于采集第一电信号;荧光信号分离装置用于分离荧光信号与反射激光;荧光信号处理装置用于将所述荧光信号转换为第二电信号;计算机用于将第一电信号与第二信号转换为光声图像与荧光图像。本发明能提高光声-荧光双模成像精度至亚微米级别。