人脸在人类社会的交流中起着重要的信息表达功能,每一张人脸都承载着其独特的个体信息(包括种族、性别、年龄等)。图像则是人脸最常见的信息载体,包含人脸的图像在人类日常社交、身份验证中起着重要的作用。同一张人脸,可以用不同模态的图像来呈现,虽然描绘的是同一个个体,但所包含的信息却相差很大。不同模态的人脸图像转换在实际生活中有着广泛的应用价值。本文采用子空间方法分析不同模态人脸图像之间的内在关联,从而实现基于简笔画的真实人脸照片合成及灰度图像自动着色。简笔画是人脸照片的抽象表现形式,只包含最体现个体特征的轮廓信息。从简笔画合成真实感的人脸照片需要补充很多纹理信息,并且需要保证合成的人脸照片与输入的简笔画保持身份一致性。本文基于马尔可夫随机场和子空间方法,提出了从简笔画合成真实感人脸照片算法。并针对简笔画的特殊性质,对每个输入简笔图像块提取线条描述子。实验结果证明本文方法可得到满意的合成结果,解决了现在方法对输入素描画质量要求过高的限制。针对现有着色方法需要人工交互的问题,文中提出了基于子空间能量优化的灰度图片自动着色算法。利用联合字典学习灰度图像空间与彩色图像空间的非线性关系,并引入马尔可夫随机场来保证全局约束,使着色图像自然平滑。实验结果表明,本文方法可以针对不同肤色、不同种族的人脸图像获得颜色真实度高且整体过渡平滑的目标彩色人脸图像,且着色过程也更加自动化。