随着相机技术的发展,无论是航空、航天相机还是民用相机获取图像的分辨率越来越高,对噪声的抑制能力越来越好。但是积分时间内手持相机的抖动、场景中目标的运动、空间遥感相机拍摄期间卫星沿轨道飞行以及地球自转产生的相对运动等许多情况都会产生运动模糊图像,降低图像应有的空间分辨率。为了从输入的退化图像中恢复出高清晰的、高分辨率的图像,运动模糊图像复原势在必行。本文以空间移不变的运动模糊图像复原为核心研究内容,在研究运动模糊复原基本理论与实现方法的基础上,完成了以下几项工作：在研究运动模糊图像的梯度与运动向量约束关系的基础上,推导出透明度图像的梯度与运动向量之间的约束关系,减少估计参数的不确定量。运用谱抠图的方法得到透明度图,并求解其梯度值,通过基于RANSAC的最大期望算法找到满足运动模糊约束关系的运动向量,利用该运动向量求解模糊核值,并通过全变分正则化方法复原图像。实验结果表明该方法对模糊了2到20个像素的图像,模糊尺度的估计误差小于1个像素,模糊角度的估计误差小于1°,能有效恢复直线运动模糊或者可分割的运动目标模糊。研究了运动模糊图像直线边缘和Radon变换之间的关系,通过检测模糊图像直线边缘,以1°为单位找到不同方向的直线边缘的正交切片,即模糊核的Radon投影,并以此为先验约束迭代估计模糊核。实验结果表明只要模糊图像中存在直线边缘,该方法能估计出任意运动形式的模糊核,并取得较好的复原效果。研究了基于贝叶斯框架的分级迭代复原方法,首先根据高斯先验约束快速的估计模糊核初始值,然后采用迭代支持检测的方法使模糊核自适应的收敛于真实模糊核。接着,为了减少传感器获取图像时窗口截断对复原图像的影响,按金字塔分级复原思路逐级恢复清晰图像。利用经插值的前一级恢复出来的图像作为本级图像的平滑区域图像,采用稀疏先验值去卷积恢复当前级的细节部分图像并通过高通滤波去除振铃,恢复出清晰的、内容丰富的图像。实验结果表明该方法能成功恢复任意运动形式的模糊尺度超过15个像素的运动模糊图像,振铃抑制效果好,复原图像细节清晰。设计了一种双CMOS成像系统,该系统的两片CMOS传感器可同时获取相同场景的图像,其中一片CMOS传感器获取高帧率、低空间分辨率的图像序列,另一片CMOS传感器获取低帧率、高空间分辨率的运动模糊图像。通过光流法计算高帧率、低空间分辨率CMOS传感器获取图像序列的全局运动路径,在能量守恒和能量与积分时间成正比两个约束条件下估计运动模糊核初始值,通过贝叶斯准则交替迭代优化运动模糊核。最后,利用TV-L1方法从低帧率、高空间分辨率CMOS获取的模糊图像中快速、有效地恢复出清晰图像。仿真和实验结果表明：有38%以上的仿真图像复原结果误差率小于2,且受噪声影响小,复原图像的振铃小,能有效去除实拍图像的空间移不变运动模糊。本文的所有算法都用实际拍摄图像进行了实验验证,具有较好的应用价值。本文的研究是十一五预研项目"CMOS相机电子学系统研制”的重要组成部分,该项目已于2011年9月交付验收。