彩色化是一个给黑白图像、电影或电视节目加上颜色的处理过程。一般认为是由Wilson Markle 1970年发明，最初用于处理阿波罗登月计划获取的月球影像。黑白电影的彩色化在上世纪80年代曾经是一个热门话题。一些早期电影通过彩色化处理焕发了新的光彩。尽管人们对老电影彩色化的艺术价值存在争议，但彩色化视频和图像能够增强人们的视觉效果却是不争的事实。而且彩色化技术涉及到图像的分割、聚类、运动估计等很多图像与视频处理中的通用技术，所以当前彩色化技术研究仍然是图像处理学界一个活跃的、有挑战性的课题；并且被更多地应用于图像、视频编辑和图像通信，以及科学、工业和军事等多个领域。按照应用目的及处理方式的不同，彩色化可分为伪彩色化和假彩色化两种类型。伪彩色化处理是，利用查找映射的方法，使灰度图像映射成彩色图像，从而达到易于查看的目的，但是获得的颜色没有其他意义。而假彩色化处理是，利用彩色化来模拟真实的场景，力求按照人对场景色彩的理解再现影像场景中的本来颜色。本文的研究重点是图像和视频序列的假彩色化处理。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。通过分析产生病态性图像的原因，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这两类处理方法。经过对比分析，基于局部颜色扩展的方法更具合理性，其原理是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，提出一种新的颜色扩展约束——不平度。以此为基础提出了基于不平度的颜色混合彩色化方法；为了加快处理速度提出了基于不平度的快速图像彩色化方法；为了消除物体表面由于反光等原因造成的灰度突变，提出了基于改进型不平度的彩色化方法。经过实验表明，第三种方法即可以减少对初时着色的依赖性，又具有很好的抗噪声性，处理效果也比较理想。3．从对单幅图像的彩色化处理方法中，演化出了一种新型图像全局分割方法。本方法，以初始着色为种子区域，通过不平度的规则进行聚类，对灰度图像实行全局分割。这种全局分割，类似人眼的视觉过程，其结果依赖于人对图像中物体的先验经验，对图像到图形的转换研究具有一定意义。根据彩色化的思想，对现有彩色图像压缩方法提出了一点建议——希望通过图像彩色化方法进一步消除颜色信息的冗余，从而取得更大的压缩比。4．设计出一种新的视频序列彩色化方法。现有运动估计方法并不能完全正确的估计出所有像素的运动矢量，这种误差在逐帧颜色传递过程中还有可能被放大。因此，首先利用运动估计的方法，把估计准确性最高的点作为种子像素，将其颜色传递到下一帧图像中，并以此作为彩色化的初始条件应用单幅图像彩色化的方法进行处理自动完成相邻帧的彩色化。