随着计算机视觉技术和计算机图形学技术的飞速发展,三维重建技术被广泛应用于诸多领域。三维重建一般分为静态刚性场景的三维重建和动态非刚性场景的三维重建,相对于刚性场景的三维重建,非刚性场景的三维重建能够对运动物体的三维信息进行恢复,具有更大的研究意义和实用价值。现有的非刚性三维重建算法在非刚性配准过程中存在配准不准确的问题,同时在模型表面融合过程中产生失真,需要估计物体表面光照信息对三维模型进行优化,研究非刚性配准过程和表面光照估计方法对提升非刚性重建效果具有重要意义。本文研究了提升非刚性场景三维重建效果的因素,提出了一种基于近红外信息的非刚性配准方法和一种基于近红外信息的表面光照估计方法,提升了非刚性配准性能,并为模型表面优化提供了更加准确的依据。针对非刚性配准过程正则项约束过强的问题进行研究。首先分析了非刚性配准过程求解非刚性形变域的能量函数的构造方式,针对目前能量函数中正则项约束过强导致的重建模型表面过度平滑和细节丢失问题,提出了一种基于近红外信息的优化方案,根据表面近红外光强的变化调整正则项的约束强度,并研究了优化后的能量函数的求解过程,最后根据提出的优化算法建立了一个非刚性三维重建系统,从模型的平均数值误差、单帧重建系统耗时和模型重建效果三个方面对系统的性能进行了测试。实验结果表明,本文所提出的算法较Dynamic Fusion算法,在三维模型的平均数值误差上平均减少了0.0884cm,单帧重建系统耗时没有明显变化,同时在模型重建效果上也有明显的提升。针对估计物体表面光照信息时对非线性响应考虑不够完善的问题展开研究。首先对近红外图像的成像稳定性、物体表面对近红外光线的反射特性展开了分析,随后估计了近红外光线强度随距离衰减的光照特性。在红外光源位置已知的条件下,本文根据近红外光线在空间中的物理传播过程建立光照模型来对物体表面光照信息进行估计,采集实验数据对非线性响应参数进行拟合,确定了光照模型的数学表达形式,最后使用光照模型对场景表面反射率进行了分类。实验结果表明,本文所建立的近红外光照模型与Choe等人算法相比,PLCC提升了0.0099,SROCC提升了0.0038,同时,使用本文光照模型对场景表面反射率的分类效果也有一定程度的提升,间接反映了本文提出的光照模型具有更好的性能。