本发明公开了一种基于分数阶卷积神经网络的水下图像增强方法，步骤包括：输入水下图像，通过白平衡及直方图均衡化对水下图像进行初步预处理，设计水下图像的环境光估计网络和透射率估计网络，分别对两个估计网络进行参数训练，对于环境光估计网络输出得到环境光值B，对于透射率估计网络，输出得到透射率参数t,根据水下物理模型复原得到清晰的图像。本发明的方法在不需要大量高质量清晰水下图像的前提下，通过计算一组IQM来评估结果的方法，使得增强后的水下图像视觉质量明显提升，增强效果显著。