针对亚像素运动矢量的精确估计问题，提出一种基于核回归修正的上采样相位相关精确运动估计算法。首先，使用矩阵相乘离散傅里叶变换方法快速计算上采样相位相关曲面，并通过检测其峰值坐标实现运动矢量的亚像素级初始估计；其次，在上采样相位相关曲面上，采用核回归方法对以初始估计值为中心的邻域进行拟合；最后，检测核回归拟合函数的峰值坐标，并以此坐标对初始估计值进行修正，从而实现任意精度级别的精确运动估计。与二次函数拟合（QuadFit）、线性拟合（LinFit）、Sinc拟合（SincFit）、局部质心（LCM）、频域上采样（Upsamp）等算法进行仿真对比，在无噪声污染的情况下，所提算法的平均估计误差为0.0070，运动估计的准确度提高了64%以上；而在有噪声污染的情况下，所提出的算法的平均估计误差为0.0204，运动估计的准确度提高了47%以上。实验结果表明，所提算法不仅能够有效地提高运动估计的精确性，而且具有良好的抗噪性。