本发明公开了一种基于扩散模型的单帧图像超分辨处理方法。方法建立超分辨扩散模型的扩散过程和条件噪声预测器；将高低分辨图像数据集输入到超分辨扩散模型的条件噪声预测器，利用超分辨扩散模型的扩散过程对条件噪声预测器进行训练，获得预训练后的条件噪声预测器；待处理的低分辨图像输入到超分辨扩散模型的逆过程中，获得残差预测图像；残差预测图像与经过上采样操作的低分辨图像相加，得到预测的超分辨图像。本发明对同一张低分辨图像生成具有一致特征的多张超分辨图像，每张超分辨图像具有丰富的纹理和自然性，避免了过平滑问题、模式崩塌问题，在较少时间开销下提高了重建性能。