针对非均匀光照图像存在局部过暗或过亮区域而导致图像对比度低、细节不清晰和可视化效果差的问题，提出了一种基于对称亮度映射和虚拟多曝光融合的图像增强方法。该方法通过颜色空间转换保留输入图像的色度和饱和度分量并分离出亮度分量进行增强。根据相机响应模型，采用图像信息熵和平均梯度最大化原则估计最优曝光比，设计了一种对称亮度映射函数用于虚拟生成对应的最优增强曝光图像和减弱曝光图像，从而与原始亮度分量一起组成具有不同曝光的图像序列，再使用带细节提升的多曝光融合方法对该图像序列重构即得到增强结果。实验结果表明，本文方法在7个公开数据集上的图像信息熵、平均梯度、图像对比度、颜色一致性评价指标均值分别为7.644，9.209，450.683，0.962，均优于对比方法，获得了动态范围高、对比度强、细节清晰和可视化效果好的增强结果。