本发明提供了一种采用特征相似性分析和多卷积稀疏表示的矿山掘进巷道顶板变形图像融合方法。该方法首先对图像的形式化描述；其次对两不同传感器相同采样时间获取的原始图像进行图像分解，得到原始图像的背景的细节两个子图像；再次对分解得到的细节层和背景层分别时空特征相似性分析，有效区分两个细节层之间和两个背景层之间的互补与冗余特征，确定图像在下一步融合时的重要程度系数；再次实现对背景层和细节层的分别融合；之后进行图像细节层与背景层的叠加融合，实现图像重构。最后、向后滑动处理图像位置，并重复进行图像分解、融合和重构几个步骤，直至融合完所有的图像帧，实现巷道顶板变形时间维动态演化过程图像融合。