在用齿轮磨损表面微观形貌原位三维重构方法，采用一套包含8个点光源的嵌入式数字显微图像采集系统，获取不同光照角度下的8幅显微图像，进行环境设置与系统标定后，建立近场点光源光照模型，并对光源的空间位置与衰减模型进行了标定；然后，将从多图像约束估计法向和从法向恢复表面形状两种方法相结合，计算得到初步重构表面；通过使用多项式拟合、颜色还原与投影转换算法对初步重构信息进行处理，得到齿轮表面微观形貌；最后，对高度信息进行统计学计算得到齿轮磨损表面的形貌特征；本发明携带方便、操作便捷，可获取在用齿轮磨损表面三维形貌与表面特征，对齿轮摩擦副过程性磨损演变的精准分析与机械设备的视情维护和故障预测具有重要意义。