基于变分正则化的大气扰动图像恢复方法，涉及图像处理。获取对固定目标的受到大气干扰的视频帧或者用模拟软件对一张图片附加模拟扰动以生成一组视频帧；对视频帧进行低秩分解，得到初始参考图像；使用基于非局部全变差正则项与可控核回归正则项的优化模型对参考图像进行优化，并用分离的Bregman算法实现加快该优化过程；用优化后的参考图像对视频帧进行B样条插值配准，得到经过配准后的视频帧；使用空间加权核范数最小化，将配准后的视频帧融合成一张近衍射极限图片；对近衍射极限图片进行去卷积处理，得到最后的去除了模糊和噪声的图片。提升扰动去除结果，得到了视觉清晰以及细节丰富的恢复图像，可用于高空对地观测、远距离监控等。