高光谱图像各波段图像噪声分布复杂，传统去噪方法难以达到理想效果。针对这一问题，在主成分分析（PCA）的基础上，结合噪声估计和字典学习，提出一种新的高光谱去噪方法。首先，对原始高光谱数据进行主成分变换得到一组主成分图像并根据能量比重将其划分为清晰图像组和含噪图像组；然后，根据任一波段图像的信息，利用奇异值分解（SVD）对图像进行噪声估计，再将得到的噪声估计方法与K-SVD字典学习去噪算法结合，提出一种具备自适应噪声估计特性的字典学习去噪算法，并将其应用于信息量较小的含噪图像组进行去噪处理；最后，按各主成分图像对应的信息量比例进行加权融合得到最终的去噪图像。通过对模拟与实际高光谱遥感图像的实验表明，与PCA、PCA-Bish、PCA-Contourlet三种去噪方法相比，所提方法去噪后图像的峰值信噪比（PSNR）可以提升1~3 dB，且具有更多的细节信息和更好的视觉效果。