本发明公开了一种基于图像处理的质子交换膜燃料电池故障诊断方法，包括：从不同PEMFC系统中获取一维水淹和脱水故障电压数据；将一维数据转化为二维图像；从二维图像中提取图像灰度下降速率和像素灰度向上波动比率两种图像特征；利用K-means聚类算法对图像特征进行分类诊断。本发明的有益之处在于：将电压信号转变为图像之后，图像像素值范围大，变化明显，容易提取特征进行区分，故障诊断具有更高精确性；本发明能够区分不同系统的故障，通过分析不同PEMFC故障电压下降特性，获取不同系统同一故障的共有特性，根据特性自定义两种图像特征，利用两种图像特征诊断不同系统故障，具有良好的鲁棒性。