本发明公开了一种同步轨道卫星可见光序列图像海上目标检测跟踪方法。本发明首先对多帧图像进行分组合成，方便利用目标的运动信息检测候选目标，可提高检出率并降低虚警率；随后对输入序列图像分块后，进行自适应量化的预处理，减小亮度对目标检测的影响；再利用卷积神经网络，对目标进行检测模型训练和加载，能适应复杂场景下的目标检测；利用已训练的检测模型在单组图像上进行目标检测，基于交并比，在多组图像上的检测结果进行目标关联。本方法以数据驱动的方式，自动地在数据中学习能够描述目标的良好特征，计算复杂度随检出目标数呈线性变化，运算效率高，能够满足时效性要求。