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低照度图像受不同方向梯度的影响，造成其重建时的失真程度较高。为此，构建梯度方向一致性约束下的多级低照度图像超分辨率重建模型。使用鲁棒映射方法去除灰度梯度波动影响，计算定点水平方向梯度，基于图像横向梯度分析结果分离出图像中的灰度梯度。利用相邻正交方向梯度值合成水平、垂直方向梯度值，并将其作为辅助指标进行自适应调整，通过最小化模型拟合误差来约束，重建图像轮廓线。采用非均匀插补强化技术，保持图像原有色彩，引入色彩恢复因子，避免出现彩色图像色彩不平衡和失真问题。使用多尺度梯度主方向一致性约束处理方式，构建反射成分投影矩阵，重建低分辨率图像块。由实验结果可知，该模型主观测试结果是重建的图像清晰，客观测试结果是峰值信噪比最大值为21.3 dB，结构相似度最大值为93%，感知质量最大值为13.5 pi，图像失真程度小。