本发明公开了一种基于层级稀疏表示的图像复原与匹配一体化方法及系统，属于计算机视觉领域，包括：利用滑窗法构建原始字典；对原始字典进行聚类操作并利用距离聚类中心最近的一维向量构成一级字典；利用一级字典与查询图像对应的一维向量进行稀疏表示，以得到稀疏系数α1和重建图像x1；将重建图像x1作为模糊图像，并根据稀疏系数α1中非零分量构建二级字典；利用二级字典与模糊图像进行稀疏表示，以得到稀疏系数α2和重建图像x2，并更新更新模糊图像为重建图像x2，重复此步骤直至达到最大迭代次数；获得稀疏系数α2中最大分量对应的图像块作为匹配图像，以获得查询图像在参考图像中的坐标。本发明能够在保证较高的图像匹配精度的同时，提高图像匹配的速度。