本发明提供一种光学图像增强方法和装置，包括：光学图像增强方法，包括：对目标物成像，得到图像信号光；利用泵浦激光源产生和发射泵浦激光，将其与所述图像信号光耦合后输入非线性光纤传像束，每根光纤对应于图像的一个像素点；通过选择泵浦激光波长、图像信号光波长和光纤参数，满足非线性光学过程的相位匹配条件，输入微弱图像各像素点信号经非线性光纤传像束实现并行增强；将经各像素点并行增强之后的图像信号光进行输出成像。本发明将光学图像逐点分割为一系列像素单元，再利用非线性光纤束实现图像信号传输与增强。相较于现有技术中的单根非线性光纤的信号增强，具有更广泛的实用价值。