本发明公开了一种基于复合网络结构的图像超分辨率重建方法及系统，其中方法具体包括：获取样本图像，对样本图像进行预处理，获取低分辨率图像；对低分辨率图像进行特征提取、非线性映射及图像重组，获取第一超分辨率图像；对第一超分辨率图像进行数据调整与特征增强，获取第二超分辨率图像；对第二超分辨率图像进行优化，获取优化后的超分辨率图像。本发明通过使用端到端的图像超分辨率复合网络结构获得高分辨率图像，由于图像超分辨率复合卷积网络结构采用的是单一的端到端训练的模型来处理不同尺度因子、模糊核和噪声水平的经典退化模型，同时兼顾了基于建模的方法和基于学习的方法的优点，实现兼顾检测重建精度和灵活性的技术效果。