非均匀照明条件下的自适应非线性超动态图像合成方法，解决了现有非均匀暗场照明条件下成像时被检测目标图像饱和的问题，属于光学元件检测技术领域。本发明在照明条件不变的条件下，损伤点所在的区域的照度场不均匀，采集n幅随着相机的曝光时间变化的图像。随着曝光时间增加，损伤点的图像灰度值会相应增加，判断图像中是否出现饱和点，如果出现饱和点，利用该饱和点之前曝光时间的图像中对应位置处的灰度值和曝光时间，对神经网络训练，实现非线性回归，利用神经网络获取对应饱和点在之后的曝光时间的灰度值，替换饱和的灰度值，生成超动态图像。