本发明公开了一种基于超维的灰度岩心三维重建方法。包括以下步骤：提出灰度超维重建的字典训练算法，利用特征提取、模式提取和聚类算法建立二维与三维对应的多层字典，作为重建的先验信息；在重建过程中提出二值约束的邻域匹配算法，对不同位置的图像块采取不同的距离计算方式，选取字典中匹配的块作为重建结果；对岩心灰度图像进行重建实验，将重建结果与训练图像、真实岩心图像的统计特性和形态特征进行比较，以证明算法的有效性。岩心的灰度重建比二值重建能够保留更多的原始信息，本方法在进行匹配块搜索时，增加了权值计算，提高了匹配的鲁棒性。保证了重建结果与原始训练图像在统计特征上的一致性。