探月工程是中华民族历史上重大的科技工程之一。为了实现探月二期的科学与工程目标、保障月面巡视探测器安全的路径规划和实施高效的科学探测,着陆区和巡视探测区高精度的地形信息将发挥至关重要的作用。传统三维地形恢复是通过影像匹配得到的。由于月面反射率低、色彩单一、纹理信息缺乏,采用立体影像匹配技术进行地形恢复时,无法得到恢复地形所需要的足够的特征点。在实施月面巡视探测计划时,针对月球的表面特征,研究一种面向月面特征的地形恢复算法,以弥补传统的通过立体匹配恢复地形方法的不足,具有重要的理论意义和现实意义。论文在对SFS(shape from shading)三维恢复方法进行了深入研究的基础上,提出基于特征边缘线梯度约束的下降序列影像SFS恢复算法,通过匹配得到影像间的连接点作为控制点对SFS恢复结果进行约束,将SFS恢复的相对地形信息,转换成具有绝对位置坐标的地形信息,并进行了模拟月面环境下的三维恢复效果检验。论文的主要内容包括以下几个方面:1.详细分析着陆器下降序列影像的特点,提出了一种基于改进SIFT(Scale-Invariant Feature Transform)算子的连接点提取算法,极大地提高了连接点提取的效率。实验表明:对于拍摄间隔不同的下降序列影像,该算法都能获得稳定的匹配表现,此外,影像覆盖范围变化越大,算法效率显著提高。2.分析了不同天体坐标系之间的关系,设计了日、地、月坐标转换流程,提出了基于JPL(Jet Propulsion Laboratory)高精度星历的下降序列影像光照方向获取方法。算例表明:该算法不受影像成像效果的影响,计算结果可靠,精度很高。3.提出了一种新的特征边缘卷积模板,增大了倾斜边缘计算权重,抑制了虚假边缘的产生。实验表明:在获得的有效边缘数目相近的情况下,该模板能够很好的抑制虚假边缘。4.推导了最小二乘边缘拟合公式,设计了梯度比例因子演化规则,得到了正则化的辐照度方程。计算结果表明:该方法能够很好的进行边缘拟合,有效的求取梯度比例因子。5.分析了下降序列影像拍摄特征,推导了透视投影下的辐照度方程,提出了梯度比例因子对辐照度方程进行约束,给出了方程的线性化近似求解公式,通过匹配得到的连接点,对得到的SFS三维恢复结果进行约束。进行了模拟月面环境下的影像恢复实验。通过与其它SFS算法恢复结果对比分析表明,该算法的恢复精度有很大提高。