古代壁画是珍贵的文化遗产，但是由于绘制年代久远，加上自然灾害、旅游开发等原因，大多数壁画都受到了不同程度的损坏。数字图像修复技术是指按照特定规则对局部区域损坏的图像数据进行修复，恢复图像的完整性，改善受损图像的视觉效果，是图像处理领域一项重要研究内容。古代壁画虚拟修复技术是将现代的数字图像修复技术与传统的壁画修复工艺相结合，利用数字图像修复技术对壁画进行非接触性修复，避免了传统修复方法对壁画实体造成的二次损害，也方便了壁画的虚拟展出，是一种有效的壁画保护方式。本文概述了壁画保护中存在的主要问题以及壁画虚拟修复的研究目的和意义，分析了数字图像修复技术的理论基础、现状、发展趋势和在壁画虚拟修复中的应用。总结了现阶段的基于样本的修复算法模型和方法，并进行了分类。在此基础上，根据壁画图像的特点设计了轮廓波系数引导的数字图像修复算法和基于五行色的壁画色彩复原系统。(1)研究了轮廓波系数引导的数字图像修复算法。以唐代章怀太子墓室出土的壁画马球图为例，研究了轮廓波系数引导的基于样本的图像修复算法，实现了不同纹理特征图像的自适应修复策略。通过提取图像的轮廓波系数，分析图像的纹理信息，改进了优先值计算公式，引入了β因子评价图像的纹理能量，优化了图像的修复顺序，使纹理复杂度较高的部分被先修复。实验结果表明，该方法有效地避免了图像修复过程中产生的图像模糊和马赛克效应，同时降低了算法的时间复杂度。(2)设计了基于五行色的数字壁画色彩复原系统。分析古代常用的绘画颜料以及其褪色或变色的原因和过程，以中国传统五行色为基础，在HSB颜色模型中对中国传统颜色进行了整理划分，设计了基于五行色的数字壁画色彩复原系统，实现了古代壁画色彩的虚拟复原。