Пара способов сделать это.
1) предварительное вычисление полутонового изображения; поместите это сверху цветного изображения; анимируйте непрозрачность изображения в оттенках серого от 0 до 1, чтобы получить желаемый эффект.
2) использовать пиксельный шейдер. Библиотека шейдеров wpf может иметь один