numpyの置換にはFancy Indexingを使うのが結構便利です。
参考 Python Data Science Handbook Fancy Indexing
import numpy as np
img = np.array([
[0, 1, 2],
[2, 1, 1],
])
ind = np.array([np.array([255, 0, 0]), np.array([125, 125, 0]), np.array([0, 125, 125])])
ind[img]