本文针对空间飞行器对接等场景中遇到的空间运动图像序列的多帧插值问题进行了深入研究。为了解决空间运动图像序列中存在的帧率不足问题,需要从多尺度保证单帧图像的分辨率和图像序列的整体一致性。本文结合空间环境的特点对这些问题进行了探讨,论文完成的主要工作如下：(1)对空间运动图像序列中单帧插值问题进行了研究,提出了基于边缘定向平滑的图像插值算法,将图像分为局部内部和边缘部分。对图像整体采用双线性插值将图像放大到要求的倍数,然后再利用提出的边缘定向平滑滤波器对图像的边缘进行平滑和增强,达到消除模糊和边缘增强的目的。实验结果表明本文提出的算法可以获得更好的插值效果,既保证了插值结果的平滑性,又保证了插值结果的边缘清晰度。(2)对运动图像序列进行基于图像分割的多帧插值研究,通过对图像进行分割,检测出两帧连续图像随时间变化和不随时间变化的区域,然后将运动对象从随时间变化的区域中分离出来。对图像的每一帧分割出运动物体,空间运动图像序列中存在大量的零位移或有相同的全局运动的点,采用背景减除法,同时增加背景模型的自动更新,运动图像能够很好的描述运动发生的位置和区域,利用运动历史图像可以精确的得到运动区域,同时结合运动历史图像可得到运动方向,由此得到运动目标的运动方向及幅度,从而可以得到运动目标的运动估计,对运动图像序列进行帧间插值。(3)对运动图像序列帧插值的运动估计问题进行了研究,提出了基于块匹配的运动估计方法,并从匹配准则、搜索策略和搜索范围三个方面进行了深入研究。将图像分为重叠的像素块,增加运动估计时每个点的对应点数。在做块匹配时对像素块进行信息编码,加速匹配过程和提高准确度。以物体运动激烈程度和前帧运动估计结果确定搜索范围的迭代次数。通过对比实验验证了算法的有效性。(4)开发了空间图像序列插值工具,包括基于边缘定向平滑的图像插值模块、基于图像分割与光流相结合的图像序列插值模块、基于重叠块匹配的图像序列插值模块和质量评价模块。实现了对本文提出算法的评价模块,验证了算法的有效性。