本发明公开了一种地下低照度深部地层空区图像增强方法，包括：利用多帧堆栈技术处理图像，得到高分辨率图像，将图像从空间域转化为频率域，并通过CNN对图像进行重建和增强，得到增强图像M1；分解高分辨率图像，得到红色、绿色和蓝色的RGB分量图像，将图像由RGB空间转换至HSV空间，对HSV空间图像进行对比度增强得到增强图像M2；对HSV空间图像通过CNN增强，得到增强图像M3；对RGB分量图像通过CNN增强，得到增强图像M4；对增强图像M1、M2、M3、M4进行合并，使用深度学习方法获得增强图像M1、M2、M3、M4的加权平均系数，得到最终增强的图像。本发明的加权合并后的图像涵盖了多种增强方法的优点，