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运动估计是图像超分辨率重建中的关键环节，直接影响超分辨重建的结果质量。为减少运动估计搜索点数，提高搜索速度，提出一种基于高斯金字塔分层思想的小十字形搜索算法。算法把图像构建成一个两层高斯金字塔，在上层使用小十字形搜索算法估计初始运动矢量，并通过提前终止策略来提前结束搜索；在下层以上层估计结果作为初始值，估计最终图像运动矢量。在标准图像序列上进行的实验结果表明，该算法在保持搜索精度的前提下能明显提高搜索速度；特别对于在运动偏差较大的情况下，提高效果更显著。