现代光电成像系统均以阵列探测器为接收器件。阵列探测器本身的空间分辨率限制已成为目前光电系统性能指标提高的主要制约因素之一。在光学系统参数和探测器基本不变的情况下,提高光电成像系统分辨能力和识别概率的方法之一是通过提高光电探测系统的采样频率实现图像的超分辨重建,基本思想是在现有成像系统的前提下,采取某种软件技术方法突破其成像技术极限以获取更高空间分辨率的图像。本文主要是围绕超分辨率图像重建相关算法的研究展开的。本文在超分辨率图像重建的理论(包括超分辨率图像重建的理论模型,图像序列特性与重建图像质量的关系)研究成果的基础上,分析了现有条件下重建超分辨图像所能达到的理论极限；通过对亚像素级互补信息的图像序列获取技术研究,构建了一种基于双光楔的微扫描装置,通过大量实验证明了利用该装置可实现亚像素级互补信息的图像序列获取；对运动估计算法进行了研究,提出了一种基于光流算法的多分辨率运动估计算法,利用实验室拍摄的实际图像,通过仿真实验验证了该方法可以达到亚像素级的估计精度；进行了序列图像的超分辨率重建算法研究,改进了凸集投影算法,对实验室所拍摄的实际序列图像进行了重建,结果表明改进的算法对序列图像有着理想的重建效果,并能突出边缘细节,提高了单帧图像的分辨率；最后,通过对重建后的高分辨率图像的主观和客观评价方法的理论分析,提出了一种主观与客观相结合的评价方法,实验结果证明,本文提出的评价方法能较为准确的评价重建后的超分辨率图像。