本发明提出了一种互补模糊图像采集系统及利用该系统的模糊图像恢复方法，该系统包括分光镜、第一棱镜组合、第二棱镜组合。该方法包括如下步骤：建立互补模糊图像采集系统，获取同一场景在运动模糊影响下的两个退化图像；利用两个模糊核之间的关系作为约束，得到初始的模糊核和清晰图像的估计；将模糊核进行细化；由最终得到的模糊核实现图像去卷积，获得理想的图像去模糊结果。本发明互补模糊图像采集系统两组棱镜的成像平面并排排列，可以使用一部相机采集到具有90°旋转关系的图像。本发明的运动模糊图像恢复方法具有简单有效、鲁棒、实时性强的优点，在低复杂度的前提下，能够显著提高运动模糊图像的恢复效果。