图像增强是图像处理领域的经典课题，作为重要的预处理过程，其研究不断得到深入。现今，随着彩色图像应用的日益广泛，对彩色图像增强技术的研究已变得日趋重要。 本文按照彩色图像主分量增强的基本思路开展工作，即先得到彩色图像的亮度主分量图(灰度图像)，继而对该灰度图像进行反差增强，最后实现增强后彩色图像的重构。彩色到灰度图像的变换和灰度图像增强的结果决定了彩色图像增强的效果。传统和现有的方法存在形状失真或边缘模糊化问题。 本文首先对彩色—灰度图像的变换进行了深入研究，综合矢量图像水平集的推广概念和全变分(TV)理论，提出了一种基于TV图像复原模型的彩色—灰度图像变换方法。该方法将形状保持和边缘保护归于一个统一的模型中，克服了已存变换方法不能保持形状及引起边缘模糊化的缺点。其次，对比研究灰度图像的反差增强技术，对彩色图像的亮度主分量图采用保持形状的局部直方图均衡化进行增强。结合对数拉伸预处理图像和预先检测连通分量面积确定阈值，以多级分层的递推方式实践改进。在整体上实现了保形增强，并改善了局部小对象和低灰度区的增强效果。最后，在上述两方面研究的基础上，本文给出了一个基于全变分(TV)的彩色图像增强方案。对人工、自然图像的实验结果表明，本文所提新方案实现了保持形状和保证边缘锐利程度的数字图像彩色增强，与传统和现有方法比较，更好地解决了色彩及形状失真问题，并使得处理后图像的边缘锐度得到大大的提高。