本发明公开了一种基于稀疏结构元素的数学形态学信号处理方法,包括步骤:1)构建稀疏型结构元素;2)利用稀疏型结构元素对信号进行形态学滤波;3)对滤波结果使用多阶段稀疏算法或二阶段稀疏算法改善滤波效果;4)构建游离型结构元素和双极性形态学梯度;5)利用游离型结构元素对信号进行双极性形态学梯度提取。本发明可有效减少数学形态学信号处理的计算量和计算时间,并增强了形态学梯度的幅值。