彩色化是一种给黑白图像、电影或电视节目加上颜色的计算机辅助处理技术，在影视、医疗、太空探索及其它许多工业及科学领域有着广泛的应用，同时也一直是图像处理中一个活跃的、有挑战性的研究课题。 按照应用目的及处理方式的差异，彩色化可分为伪彩色和假彩色两种类型。伪彩色指处理对象本身并没有颜色属性，而是通过彩色化实现图像增强以利于人眼进行查看；与之对应，假彩色的处理对象本应具有颜色，但是颜色在成像过程中丢失，因此要利用彩色化来模拟真实的场景。本文的研究重点是图像和视频序列的假彩色处理，在分析和总结现有方法的基础上，开发实用化的黑白影像彩色化技术。 论文工作的创新点主要体现在以下几个方面： 1．图像彩色化方法的理论性总结。本文将图像彩色化视为病态问题，根据处理病态问题的规整化形式将彩色化分为基于颜色转移和基于颜色扩展的两类处理方法。通过对比分析，认为基于局部颜色扩展的方法更具合理性，其机理在于图像中颜色的局部相似性，并将颜色扩展的控制方式归结为微观控制和宏观控制。 2．根据颜色扩展原理，提出两种图像彩色化方法，并验证其有效性。①针对Levin算法处理大尺寸图像效率明显下降的问题，改用区域代替像素作为彩色化的处理单元，提出基于过度分割的彩色化方法。②依据图像颜色的局部相似性，将图像中颜色梯度的L₂范数平方和设置为价格函数，利用变分法将最小化问题转换为求解偏微分方程，此即基于拉普拉斯方程的彩色化方法。 3．提出两种视频序列彩色化的新方法，其中一种是基于真实运动估计，另一种利用局部的严格运动估计。①常用运动估计通常不能有效地反映实际运动、进而难以直接用于帧间颜色传递，本文利用运动场的空间一致性约束进行真实运动估计。②鉴于完全真实运动估计的实际困难，通过附加条件去除运动估计结果中不可靠的成分、以进行局部严格运动估计；在此基础上只需在两帧图像的部分对应区域内进行颜色传递，对传递结果再利用单帧图像的彩色化方法完成处理。 4．设计了一个人机交互式的黑白电影彩色化流程，并已应用于实际处理。提出一种