本发明提出了一种微型荧光免疫分析仪及其图像处理方法，该方法包括：获取至少两帧荧光图像，分别进行滤波处理，获得第一荧光图像和第二荧光图像；根据荧光发光强度曲线，获得第一阈值；比对第一荧光图像和第二荧光图像上对应像素点的像素值，并根据第一阈值获得第三荧光图像；采用最大类间方差法对第三荧光图像进行处理，获得第二阈值，并基于第二阈值对第三荧光图像进行二值化分割，获得二值化图像；迭代扫描二值化图像上的所有像素点，标记其中的相似像素点并记录在标记矩阵中，获得目标区域；计算目标区域的平均灰度值，根据灰度值与荧光信号光强成正比关系，获得样本中抗原或抗体的浓度。本发明降低了检测误差，保证了检测结果的准确度。