OpenCV 2.4.5から超解像処理のモジュールが追加されていたらしい。
http://docs.opencv.org/modules/superres/doc/super_resolution.html
superres::SuperResolutionクラスを使えば簡単に実装できるようだ。初期化時にGPUを使うかどうか設定できるっぽい。
こちらのブログに実装例が載っています。↓
http://whoopsidaisies.hatenablog.com/entry/2013/12/03/021133
7月14日 追記：公式ドキュメントを翻訳した方もいる↓
http://bicycle.life.coocan.jp/takamints/index.php/doc/opencv/doc/super_resolution
追記：バージョン3.1になってから試してみた↓
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