随着现代社会科技的迭代更新和迅猛发展，人们可以通过种类繁多的传播媒介获取信息。在这些数字媒体中，图像通过人的视觉系统为人类传递信息，是人们获取信息的重要渠道。因此图像处理作为一个利用计算机对图像进行处理的技术，是计算机应用领域的一个重要分支。由于人眼对彩色的敏感度远高于灰度，因此研究者将灰度图像转化为彩色图像以增强视觉效果，即图像的彩色化处理。在数字图像处理的研究领域中，灰度图像的彩色化涉及图像增强、图像变换、图像分类、模式识别和计算机视觉等多重领域的技术，是一个富有挑战性和创造性的研究课题。同时，灰度图像彩色化的应用领域十分广泛，例如医学图像处理，卫星图像处理，红外夜视图像处理和影视等。

1. 医学领域中一些医学成像仪器生成的灰度图像对医务人员提供的信息有限，通过图像彩色化技术对CR、CT、PET等医学影像诊断设备生成的灰度图像进行彩色化处理，有助于医务人员对病患做出正确的医疗诊断。

2. 对于黑白航空图像或卫星图像，借助计算机技术进行图像的彩色化处理，既可以改善视觉效果，还原或模拟其真实的颜色，又可以突出图像中感兴趣的部分，观察到黑白图像中不易察觉的信息和细节，利于人类对图像内容的认识和判别。

3. 夜视图像是军事、航天、公安等系统中经常用于搜集信息的一种重要途径，在低照度的环境下，夜视图像可提供的细节内容较为有限，因此采用适当的图像彩色化方法，可以将原有图像中的细节信息突显出来，有利于内容的识别、方位的判断等。

4. 对于年代久远的黑白影视作品，其无法较好地还原真实场景，视觉效果远不及彩色影视作品，因此可以利用图像和视频彩色化的技术进行处理，提高视觉观赏性和视觉效果，并突出画面细节。

灰度图像彩色化技术早期主要采用人工彩色化的方式对图像和视频进行彩色化，近年来，随着技术的不断演进，许多研究者利用深度学习、字典匹配、稀疏表示来实现图像彩色化的全自动化，突破了基于微分方程、图像分割等常用的实现彩色化的方法的局限性，在提高彩色化过程实时性的同时，更改善了彩色化结果依赖于用户对参考源图像选择的情况，得到较高质量的彩色化图像，减小计算的复杂度。

2. 研究的基本内容与方案

彩色化是利用计算机及算法对灰度图像进行着色的过程，灰度图像彩色化技术被广泛应用在航天、安保、影视和医学等领域，因此非常具有研究意义。

目前灰度图像彩色化的算法主要有以下几种：

1. 基于颜色转移的彩色化算法；