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本文针对空间飞行器交互对接等场景中遇到的空间运动图像序列的多源信息融合、超分辨率融合和图像曝光过高或过低等问题进行了深入的研究。为了有效整合来自多个传感器的空间运动图像序列,并从融合图像中取得扩展和增强的信息,需要充分利用帧间信息、提高图像序列的分辨率和保证整体的亮度一致。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)对基于稀疏表示的多源空间运动图像融合方法研究,提出了针对图像序列的3D稀疏表示方法。原子块采用3D的,字典进行动态改进,减少所需要的迭代数,对块进行平均计算时考虑当前块在时间和空间上相邻块的信息。并在进行融合的同时实现去噪功能。实验结果表明,相比2D-DWT、2D K-SVD、3D-DWT和DTCWT,本文提出的基于3D稀疏表示的融合算法在图像序列互信息指标方面分别平均提升了49.4%、47.1%、0.9%和10.2%,在图像序列Qabf指标方面分别提高了42.5%、22%、80.6%和22.1%。(2)对改进的基于双树复小波的区域相似度图像融合方法研究,改进了已有的“依据权重”的融合规则,采用源图像的小波系数的加权平均值来进行图像融合的,权重依据图像的灰度值和标准差。融合后对得到的融合系数进行重构得到融合结果。进行对比实验,对融合结果进行客观指标分析,相比2D-DWT,Nuiba和DTCWT,本文方法在信息熵指标方面分别提升了7.05%、7.72%和7.44,在平均梯度指标方面分别提高了1%、1.1%和0.7%,在边缘强度指标方面分别提高了0.9%、1.45%和0.94%。(3)对改进的基于移动不变离散小波变换的运动图像序列融合方法的研究,通过对不同特征的图像层采用不同的融合规则,并结合光流法,提出一种改进的融合算法,以求提高融合后图像的质量。不同的融合规则对不同场景的图像有不一样的影响。对要融合的图像的高频和低频图像采用不同的融合方法。能克服在空间环境中,图像质量受光照影响大,对亮度变换敏感等问题。实验结果表明,相比Average+Bicubic, Average+Bilinear, Average+nearest, DWT+Bicubic, DWT+Bilinear和DWT+nearest方法,本文方法在图像清晰度指标上分别提升了79.7%、99.6%、68.9%、16.0%、30.3%和2.9%,在平均梯度指标上分别提升了75.8%、93.5%、68.1%、15.8%、29.0%和9.6%,在边缘强度指标上分别提升了73.5%、89.9%、67.9%、15.8%、28.1%和11.1%,在Qabf指标上分别提升了19.1%、24.0%、18.4%、4.3%、6.9%和0.5%。(4)综合本文提出的三种算法,设计并开发了多源空间运动图像融合验证系统。实现了对本文提出的算法的评价模块,验证了算法的有效性。