Вы можете рассчитать яркость изображения, выполнив следующую процедуру:
Рассчитайте яркость для каждого пикселя по:
a. При преобразовании их в оттенки серого каждый пиксель будет содержать значение от 0 до 255
b. Преобразование изображения из RGB в HSV, где V относится к яркости
Рассчитать общую яркость (сумма значений каждого пикселя, деленная на количество пикселей)
После расчета яркости для обоих изображений вы можете настроить его на одно, равное второму.
РЕДАКТИРОВАТЬ
Я настоятельно рекомендую использовать опцию 1b, так как вы не потеряете информацию о цвете, так что вы можете конвертировать туда и обратно. Используя вариант в градациях серого, вам придется работать с копией данных изображения.