静止气象卫星属于一种专门的遥感卫星，可对全天候气象进行观测，其拍摄的卫星云图有着较大的研究意义。基于多光谱遥感云层图像的三维重建可以较真实地展示天气状态，在气候预测、辨别云的类型及飓风预警等方面有着广泛的应用。图像三维重建技术在计算机图形学、三维建筑模型和游戏等领域取得了显著的成果。但是对于多光谱遥感图像三维重建方面较难反应自然天气情况下云层的外貌。已有的基于云表面建模方法只适用于模拟规则简单的云层，很难反映真实的云层状况，具有一定局限性。
　　本文采用我国静止气象卫星风云二号E星获取的二维遥感图像，对多光谱遥感图像通过降维方法进行预处理，消除多光谱遥感图像间的相关性，并达到了图像压缩的目的。根据云的特点及气象卫星云图数据构建云粒子模型，其主要思想为将由无数个不同微小粒子所构成的区域看作云层空间，计算云谱分布函数和云粒子的属性信息。通过单次散射光照模型和多重向前光照模型计算云粒子的光照强度和光照系数，模拟光源对云层的影响，完成光照渲染过程，从而实现遥感图像三维重建的建模。
　　本文利用XILINX公司提供的Vivado套件设计多光谱遥感图像三维重建系统，包括图像获取、存储、处理和显示等模块。对积云、卷云、层云、台风和雾进行三维重建，并对图像质量进行客观评价。重建后图像与原二维图像相比失真度和不稳定性较低，结构相似性较高。利用 VivadoHLS 工具完成三维重建算法的仿真验证、资源和映射电路分析。比较分析了三维重建算法在VivadoHLS和在Matlab上的运行时间，前者约为0.211秒，后者约为0.589秒。对比结果表明相同算法在硬件中实现了加速，使用硬件处理还有益于逻辑资源调度和指令优化，提高系统的稳定性。本系统对卫星云图的三维重建具有实时性好、效率高和视觉效果逼真等特点，对天气预测分析具有一定参考价值。