本发明提出一种非均一运动模糊图像的恢复方法，包括以下步骤：在模糊图像中选取多个相互重叠的图像块；根据均一模糊图像恢复方法分别求取多个图像块的局部模糊核和去模糊图像块；根据多个图像块的局部模糊核和去模糊图像块建立多个图像块的局部模糊核与相机全局运动参数之间的对应关系，并根据对应关系估计相机的初始全局运动参数；对相机的初始全局运动参数和去模糊图像块进行迭代以得到估计的相机的最终全局运动参数；根据相机的最终全局运动参数对模糊图像进行计算以得到最终的去模糊图像。本发明的实施例基于运动模糊图像成像模型，通过结合局部模糊核和相机全局运动参数的对应关系，能够实现快速、有效、鲁棒及低误差的运动模糊图像恢复。