本发明公开了一种基于感兴趣区域分层的无人机图像运动目标检测方法，属于遥感图像处理技术领域。本发明首先将感兴趣区域分为图像背景层、图像过渡层和图像目标层三层，然后在图像背景层基于遥测参数进行全局运动估计；在图像过渡层基于图像压缩矢量进行局部运动估计；在图像目标层，基于仿射不变特征进行运动目标检测。本发明把感兴趣区域分层的思路引入到图像目标检测中，从图像的背景层、过渡层、目标层逐渐精确的进行目标检测，能够保证目标检测的正确率和精度；充分挖掘了机载传感器现有信息的价值，将传感器信息与图像信息综合应用，既合理地扩大了目标检测有用信息，又有效地减低了目标检测时间消耗。