本发明公开了一种利用时空照度图的低照度彩色视频增强方法，首先计算视频帧的初始空间照度图，利用当前视频帧与其前k视频帧的初始空间照度图计算当前视频帧的时间相似性照度图，利用初始空间照度图和时间相似性照度图构造当前视频帧的结构权重矩阵，利用初始空间照度图、时间相似性照度图和结构权重矩阵构造最优照度图估计的代价最小化模型并求解，所得解为当前视频帧的最优照度图，最后对最优照度图做伽马校正，利用校正后的照度图求取增强后的当前视频帧；当所有视频帧都处理完毕后，将全部增强后的视频帧合并成输出的彩色视频。本发明能在有效增强低照度彩色视频照度的同时保持视频帧中主要结构，并使得增强后的视频具有连贯的照度。