本文研究基于梯度场和PDE方程的图形图像处理算法。全文文包括三部分,曲面浮雕生成、基于显著特征图的图像重着色和图像放大。第一部分,本文提出了一种有效的生成曲面浮雕的方法。对三维空间中任意物体和一张已知曲面,首先分别将它们转化为高度场表示。为了将物体贴在原曲面上,再将高度场转化为梯度场,并对物体梯度场进行压缩,将曲面的梯度场与压缩后的物体梯度场进行矢量相加得到曲面浮雕的梯度场。最后通过梯度场的积分求出曲面浮雕的高度场。曲面可以为凸面也可以是凹面,并且通过改变矢量运算的符号得到物体凸出在曲面上和凹进曲面里边的浮雕。第二部分,本文提出了基于显著特征图和梯度的图像重着色的方法。根据显著特征图,图像可以大致分为显著特征区域和背景区域。保持梯度方向不变,通过减小背景区域内点的梯度模,重新计算图像的梯度场,可以使得显著特征区域基本保持不变,背景区域的细节减少。基于图像显著特征部分与其他部分有明显颜色差异,本文提出一种调节图像颜色的方法,使得图像显著特征被减弱,从而更好地融入到图像背景中去。第三部分,本文提出一种基于梯度估计和PDE方程的图像放大算法。本文没有直接插值图像的颜色值,而是插值原图像的梯度,利用插值得到的梯度和图像曲面的PDE方程计算图像的颜色值。实验表明新方法能得到较高质量的放大图像,比现有的一些方法有一定得优势。