直接由物体的二维灰度图像恢复其三维几何形状(由明暗恢复形状)的技术是计算机三维恢复的关键技术之一。该技术利用单幅图像中物体表面的灰度来恢复表面各点的三维形状信息为进一步对物体的三维重建奠定了基础。近年来,在理论研究和实践应用中得到了不断的发展和完善,成为三维被动重建技术的一个研究热点。论文首先回顾了SFS研究所走过的路程,总结了近年来在该领域的热点问题。结合光度学原理,分析了目前存在的Lambert、Phong和Oren-Navar这三种常用光照模型的光照参数,并通过SFS方法的原理确定了适合该方法的光照模型。本文在理解SFS问题本质的基础上,归纳总结了目前国内外现有的典型SFS算法,即最小化方法、演化方法、局部方法和线性化方法,给出了算法的性能分析和比较。同时,论文以光度学原理及非线性偏微分方程理论和数值解法为基础,针对朗伯体光照模型的图像反射图方程提出了相应的最小化算法。此外,论文根据一种由虚拟场景对应点已知的高度值和梯度值来生成像素点的灰度值的方法,使生成的图像上所有像素点灰度值都是该虚拟场景的真实值。从而避免了研究过程中因设备问题带来的复杂性和误差,为更好的验证三维重建算法创造了条件。最后,通过实验验证表明,本文的方法具有良好的准确性和适用性,可以较好的实现三维重建。