本发明针对低照度彩色图像的低亮度和低对比度的特点，通过研究瞳孔及感光细胞的对环境的自动调节过程，给出一种模拟视觉感知的自适应增强方法。该方法首先通过模拟瞳孔对光线的调整过程，提高图像的整体亮度水平；然后模拟人眼视觉对低照度环境的自适应调控能力，设计非线性映射模型模拟视杆细胞及视锥细胞的调整过程，得到明暗自适应函数，并根据光照分布确定明暗信息融合函数，对亮度分量进行全局自适应调整；其次，针对增强后亮度图像局部对比度会降低，采用指数函数进行局部自适应对比度增强；最后，对增强图像进行色彩还原。本发明可有效提高低照度彩色图像的亮度和局部对比度及细节信息，特别是在增强图像的暗区及高光区域效果更为突出。