在实际应用中,高分辨图像通常能为计算机视觉和图像分析等应用提供重要线索,因此,提高图像分辨率的研究就显得尤为重要。但由于诸多客观因素的影响,成像系统获取的图像分辨率往往满足不了实际应用要求。随着图像处理技术的广泛应用,人们对高分辨图像的需求越来越大。为此,采用信号处理手段,即图像超分辨重建技术来提高图像分辨率便成为人们普遍关注的热点。本文对基于空域和像素域的超分辨重建算法进行了深入研究。首先,提出了一种基于噪声估计的空域超分辨图像重建方法。该方法能避免由部分模型估计误差引起的重建结果的明显波动。实验结果表明,本文提出的算法在主、客观方面都获得了较好的效果,在抑制噪声的同时,能进一步提高重建图像的视觉质量。其次,针对全局图像配准对复杂的局部运动存在的不足,本文提出了一种基于Zernike矩的像素域超分辨图像重建方法。该方法通过对目标图像逐像素的复原,避免了局部移位、旋转等运动对重建过程的干扰,具有重建质量高,噪声鲁棒性强的特点。实验结果表明,本文提出的方法在主观和客观上均具有良好性能。最后,为使基于Zernike矩的像素域超分辨图像重建方法有效地用于现实应用,本文提出了一种基于分块缝合的像素域超分辨图像快速重建算法,该方法将逐像素的重建变为逐图像块的重建。基于图像缝合技术的思想,极大地加快了重建算法的速度。实验表明该算法在不明显降低重建质量的同时,明显降低了计算复杂度,提高了图像的重建速度。