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随着科学技术的不断发展，人们对产品性能的研究逐渐从宏观向微观不断深入，产品表面的微观几何形貌对它的许多技术性能和使用功能有很大影响。如何快速、准确地实现加工表面微观形貌检测成为近年来表面学研究领域所关注的热点问题。本文根据所拍摄切削加工表面显微图像及对应的表面形貌数据进行分析，提出了适用于微观切削加工表面的光照模型，并采用明暗恢复形状（简称SFS，ShapeFromShading）算法对切削加工表面微观形貌进行三维重建，为实现加工表面微观形貌检测提供了新的方法和思路。 分析了切削加工表面显微视觉成像过程的投影类型、光源性质和CCD成像方式等对图像灰度分布特性的影响。适用LeicaDCM3D共聚焦形貌测量与拍照功能，获取了车削、铣削和镗削粗糙度标准样块表面三维形貌数据以及对应显微图像，为研究加工表面微观反射特性与光照模型奠定了基础。 研究了工件表面图像的预处理算法，对原始图像进行了灰度化处理与分辨率变换;分析了加工表面图像灰度分布特点与拍照过程中影响因素，对图像噪声特点进行了估计，利用中值滤波完成了对图像中所含噪声的消噪处理;结果表明，经过预处理后的图像灰度能较准确的反映高度值的变化，为切削加工表面三维形貌重构做了准备。 从光度学角度出发介绍了光照模型的光学原理，对现有光照模型的原理、适用条件和模型参数进行分析。采用现有光照模型对微观加工表面进行图像合成，通过加工表面合成图像与实际图像误差分析了模型参数的取值，并采用最小二乘优化方法求解参数最优值，根据各模型参数最优值所合成的图像误差在30％～50％。本文根据微观切削加工表面特点提出了改进光照模型，基于该模型的切削加工表面合成图像误差在20％左右。 研究了基于改进光照模型的SFS最小化方法，对车削、铣削和镗削加工表面进行了三维形貌重建，重建误差较大。本文使用最小化方法结合小波多尺度分析的方法对切削加工表面进行了三维重构，该方法的重构结果精度比传统方法提高很多，为重建切削加工表面三维形貌提供了新方法和思路，对实现表面粗糙度的在线检测具有重要意义。