随着医用内窥镜设备的发展,微创手术(Minimally invasive surgery,MIS),在当下逐渐成为日常医学实践中的重要技术手段。微创手术由于创口小、疼痛轻、术后恢复快,近年来获得广泛应用。但在惠及患者的同时,微创手术却对手术操作者提出了更高的要求。微创手术是以内窥镜为媒介的多人间接眼-手协同过程。内窥镜有限的视界和直接深度感知的缺失给医生术中定位带来困难,极大影响了手术操作的精确性和安全性。针对这些问题,本文对基于双目内窥镜的软组织图像三维重建方法进行了深入研究。主要研究工作如下:1)研究了双目立体内窥镜成像模型。利用张正友相机标定算法对立体内窥镜进行了标定。基于标定结果对立体图像对进行了立体校正,开展了特征匹配算法研究,实现了基于立体视觉的软组织三维重建。2)提出了一种改进的阴影恢复形状(SFS)重建算法。研究了常用的朗伯反射模型和Blinn-Phong模型等基于经验的光照反射模型,针对经验光照反射模型在真实微创环境下成像过程表现力有限的问题,本文采用了一种基于辐照度学和微表面理论构建的光照反射模型用于SFS重建。与经典光照反射模型的比对实验表明,本文光照发射模型能够更有效地重建目标表面的三维信息。3)提出了一种立体视觉与SFS联合三维重建框架。基于改进的SFS和经典立体视觉匹配方法,构建了联合目标函数,并给出了联合目标函数下的深度图最优化求解算法。最后对联合重建算法进行了实验验证,分别基于硅胶心脏模型图像数据集和真实心脏图像数据集进行了定性和定量的比较和分析,验证了联合重建框架的有效性。实验结果表明联合重建框架可以在整体上恢复心脏表面形状,同时能够保留局部细节信息。相较于经典的立体视觉和SFS方法,本文提出的联合重建方法具有更好的鲁棒性和重建精度。