In dieser Arbeit wird ein mathematisches Modell der Signalentstehung in einem Rasterelektronenmikroskop (REM) mit zwei gegenüberliegenden Everhart-Thornley- Detektoren vorgestellt. Auf Basis des Modells wird eine verbesserte photometrische Auswertemethode entwickelt, die aus REM-Aufnahmen eine Oberflächentopografie mit einer lateralen Auflösung von bis zu 20 nm rekonstruieren kann. Im Gegensatz zur klassischen photometrischen Methode, der eine Lambertsche Winkelverteilung der Emissionselektronen sowie die sekansförmige Abhängigkeit der Emissionsausbeute zugrunde liegen, werden diese Anforderungen in der verbesserten Methode abgeschafft. Darüber hinaus ermöglicht das vorgestellte Verfahren eine 3D-Rekonstruktion von Oberflächen unabhängig von den Emissionseigenschaften verschiedener Materialien. Hierfür wird eine robuste numerische 3D- Integration entwickelt, die auf die Fourieranalyse zurückgreift und den Einfluss der Störanteile eliminiert.Zur Validierung des entwickelten Modells hinsichtlich der Genauigkeit der rekonstruierten Oberfläche und der Auflösungsgrenze werden verschiedene technische Oberflächen gemessen und untersucht. Zum Vergleich werden sowohl optische als auch taktile Messverfahren (Rasterkraftmikroskop - AFM) herangezogen. Darüber hinaus wird beispielhaft eine Genauigkeitssteigerung durch die Fusion von REM- und optisch gewonnenen Messdaten vorgestellt.Zur Charakterisierung von Messdatensätzen mit periodischen Strukturen werden zwei Methoden vorgestellt, die auf der Fourier- bzw. Splineapproximation basieren.