多帧图像超分辨率重建技术是指利用对相同场景的多次独立成像过程所获得的具有位置偏移的多帧低分辨率降质图像重建成一幅高分辨率图像。此技术不需改变现有的成像设备,仅通过信号处理技术就可以提高图像的分辨率,在天文、遥感、医学、商业、视频、军事侦察、安全监控等领域具有十分重要的应用价值和广阔的前景。本文主要围绕目前应用最广的凸集投影(POCS)超分辨率图像重建算法展开,对POCS超分辨率重建算法中所涉及的图像空间域插值技术、多帧图像运动估计、重建算法等几个关键技术进行研究。主要工作如下:(1)研究了图像的传统插值方法和自适应插值方法,通过实验对比和分析了图像插值方法对POCS超分辨率图像重建结果的影响,并选取适合超分辨重建的图像插值方法。(2)针对常规运动估计存在的局限性,为了更有效的进行运动估计,在深入研究各种块运动估计算法的基础上,本文设计了适合超分辨图像重建的基于金字塔分层的块运动估计算法。通过实验对各运动估计算法进行了验证并对实验结果进行了分析。(3)在标准的POCS超分辨率重建算法中,存在边缘振荡和噪声放大的现象。为了缓解这个问题,本文给出了改进的POCS超分辨率重建算法。分别对POCS重建算法中的迭代次数、阈值大小、投影算子等影响结果的因素进行分析并进行实验。