本发明提供了一种基于WLS滤波和多尺度稀疏表达的单幅图像去雨方法，属于数字图像处理领域。所述方法主要包括以下步骤：首先将输入的雨天RGB图像转换到YCbCr颜色空间；提取该颜色空间的亮度分量Y；对亮度分量Y使用WLS滤波进行处理分为三层，分别为Base层，T1细节层和T2细节层；对Base层和T1、T2细节层分别做去雾和去雨处理然后合并得到去雨后的Y分量；最后将去雨后的Y分量和Cb、Cr分量进行结合转换到RGB颜色空间得到最终的去雨图像。上述单幅图像去雨方法中，在对T1和T2细节层去雨时，采用了多尺度稀疏表达的方法。本发明可以有效减少去雨过程中的细节损失，提高图像的细节表达能力，从而在去除图像中雨痕的同时，保留更多的细节信息。