出于空间开发和轨道利用的需求，各个国家针对空间在轨服务技术的研究重心已移至对高轨失效卫星的维修与废弃飞行器的处理。此中，获取目标对象的三维结构模型是在轨服务任务中不可或缺的关键一步。而空间在轨服务的对象目标中空间非合作目标所占比例较多。基于三维结构模型以判断目标抓捕对象、对接标记、维修部件的方法对空间非合作目标的抓捕、拖曳、维修有重大意义。所以，空间非合作目标三维结构的获取是空间在轨服务顺利实施的必然需求。　　目前，对基于三维重建技术获取目标对象立体结构模型的方法有大量研究且日趋成熟。然而，其多适用以地面场景为背景的目标。鉴于空间背景与非合作目标的特殊性，空间非合作目标的三维重建技术有其不同于其他对象的研究难点。同时，在星载计算机载荷有限的条件下，空间非合作目标三维重建技术必须拥有海量数据的处理能力和与之对应的重建高效性。此外，三维重建精度也是空间相对导航中的关键问题。然而，对于空间非合作目标，完整的三维重建精度评判系统鲜见。同时，三维重建系统是否满足重建结果评判的各项指标也是判断该系统是否满足项目交付要求的重要依据。本论文研究工作的主要内容为：　　第一，详述了三维重建技术的相机模型与坐标系定义。针对空间非合作目标，基于CCD相机获取的图像，详细阐述了SIFT算法的工作机理及应用优势。还重点介绍了三维重建技术理论基础。　　第二，本文针对空间背景与目标特性研究并实现了一种基于立体视觉的三维重建技术，同时提出了基于光束法平差的稀疏三维点云重建方法。此外还阐述了稠密三维点云恢复方法，并进行了大量仿真实验。　　第三，为增强三维重建技术对海量数据的处理能力与重建高效性，研究了基于异构并行计算平台的三维重建优化方法。详述了异构并行计算原理、计算平台模型与编程方法。此外还对空间非合作目标三维重建技术各部分功能模块进行代码并行化处理与仿真实验。分析了可能出现结果的原因。　　第四，研究了空间非合作目标三维重建结果评价系统，介绍了评价系统的基本原理与评价方法。此外还对大量仿真图像进行了实验，验证了本文所介绍的三维重建技术的完整性与高精度性。