本发明提供一种毫米波三维全息图像去噪方法，包括：对目标进行毫米波扫描，获得原始三维全息图像；对原始三维全息图像进行高通滤波，获取前景图像；对前景图像各点的特征进行线性变换；对线性变换后各点的反射强度特征进行非线性变换；依据变换后的各特征对前景图像的各点进行K‑means聚类，获取K‑means聚类后的前景图像；依据聚类后的前景图像的各点，提取原始三维全息图像中的对应点，生成去噪后的图像；去除去噪后的图像中的离群点，得到最终图像。本发明兼顾各点空间位置特性和反射强度特性，可有效去除毫米波全息图像中的噪声，降低数据量；同时保证前景图像的连通性，完整地保持了目标的空间几何信息。