图像超分辨率重建技术是信息光学和数字图像处理领域的一门新兴交叉学科。其在国防、医学、智能交通、公共安全、宇宙探索、地理信息系统、光学显微测量、计算机视觉、模式识别等领域有着的广泛的应用。对于图像超分辨率重建技术进行研究有着重要的意义。本文介绍了超分辨率重建的理论基础及图像超分辨率重建的研究背景和意义,阐述了超分辨率重建的光学分析基础,从傅里叶光学理论分析了夫琅禾费衍射的角谱；说明了艾里斑是有限圆形孔径透镜的夫琅禾费衍射效应的系统响应；揭示了衍射孔径在相干光情况下对振幅传递函数(MTF)和非相干光情况下对于光学传递函数(OTF)的限制作用。分析了图像超分辨率重建技术的一些关键问题,如降质成像模型、点扩散函数的选取等,研究了超分辨率重建算法,讨论了提高图像分辨率的方法。进行了超分辨率仿真实验,重建结果表明所采用的算法显著提高了分辨率；在引入先验知识的情况下,可以突破光学成像系统的衍射极限,得到了光学显微镜下不能分辨的细节图像。本文主要做了以下的工作：(1)在超分辨率重建理论分析的基础上,推导了非相干多色光的OTF形式。揭示了图像重建的本质是求解不适定逆问题,并提出了超分辨率重建的基本算法。(2)进行了超分辨率重建的“两条线”仿真实验。详细推导关键算子。实验结果表明,将原本根据瑞利判据原理不能分辨的两条线重建出能够分辨的“两条线”；讨论了先验知识对于提高重建结果质量的作用和提高最小分辨距离的作用,以及影响两条线超分辨率重建的几个关键因素。(3)进行了超分辨率重建的实验研究。对可变孔径光阑的显微图像进行了超分辨率重建实验,用小孔径图像重建出了大孔径条件下的效果。对显微成像系统最大放大倍率下的图像进行超分辨率重建实验,获得了超分辨率的图像细节。在SRCT实验中,应用超分辨率重建原理进行了相关的实验。从重建效果看,超分辨率重建比原始重建的图片的质量好,图片去除了模糊,扩展了重建图像的有效频谱,提高了图像的可分辨程度。(4)最后讨论了一些超分辨率重建中的探索性问题,分别讨论了长焦和短焦实验,分析了这些实验没有达到预期效果的原因。讨论了超分辨率重建的评价函数问题,介绍了在有参照图像和无参照图像的不同评价标准,指出了“峰鞍差值”和鞍点灰度值作为超分辨率重建的是现阶段本实验较为合适的评价标准。