本发明公开了一种自适应分数阶多尺度熵融合的水下图像增强方法，包括：将原始水下图像划分成非重叠的图像块；建立梯度域分数阶的阶数参考矩阵；构建多尺度的分数阶的阶数参考矩阵；获取与尺度数一致的基于分数阶的增强输出图像；计算融合后的图像的信息熵和对比度；确定图像块内对比度增强的输出图像；获取全局对比度增强图像；将原始水下图像由RGB图像转换为灰度图像；求得梯度图像的自适应增益函数；获得最终的基于分数阶多层熵融合的自适应增益水下增强图像；输出基于分数阶多层熵融合的自适应增益水下增强图像。本发明的自适应的分数阶微分图像增强方法对纹理区域的图像增强有很好的效果，同时能适应图像梯度与亮度的变化，使得图像的增强效果更好。