通過電腦對圖像進行去除雜訊、增強、復原、分割、提取特徵等處理的過程、理論、方法和技術。
圖像處理是通信、遙感、醫療、氣像、軍事等諸多領域的有效工具。20世紀20年代，圖像處理首次應用於改善倫敦和紐約之間海底電纜發送的圖片的品質。50年代，數位電腦應用於圖像處理之後，數位圖像處理開始起步。1964年美國噴氣推進實驗室用電腦對“徘徊者七號”太空船發回的大批月球照片進行處理，收到明顯的效果。60年代末，數位圖像處理具備瞭瞭比較完整的體系，形成瞭一門新興的學科。70年代，數字圖像處理技術得到迅猛的發展，理論和方法進一步完善，應用范圍更加廣泛。在這一時期，圖像處理主要與模式識別和圖像理解系統的研究相聯系，如文字識別、醫學圖像處理、遙感圖像的處理等。20世現在，在景物理解和計算機視覺(機器視覺)方面，圖像處理已由二維處理發展到三維理解或解釋。隨著計算機技術和圖像表現、科學計算可視化、多媒體計算技術等有關領域的發展，數字圖像處理已成瞭科學研究和人機界面中普遍應用的工具。
一般來講，對圖像進行處理的主要目的是：①提高圖像的視感質量，如進行圖像的亮度、彩色變換，增強、抑制某些成分，對圖像進行幾何變換等。②提取圖像中包含的某些特征或特殊信息，為計算機分析圖像提供便利。這一過程也是模式識別和計算機視覺的預處理。提取的特征包括頻域特征、灰度或顏色特征、邊界特征、區域特征、紋理特征、形狀特征、拓撲特征以及關系結構等。③圖像數據的壓縮與編碼，以便圖像的存儲和傳輸。圖像處理都需要由計算機、圖像獲取設備、圖像輸出設備以及相關的軟件來完成圖像的輸入、加工和輸出。
數字圖像處理研究的內容主要有：①圖像獲取和圖像表現。把模擬圖像信號轉化為計算機所能接受的數字形式，以及把數字圖像按用戶需要的形式顯示出來。②圖像復原。當造成圖像退化的原因已知時，復原技術可用來進行圖像的校正，消除退化的影響，產生一個等價於理想成像系統所獲得的圖像。③圖像增強。當無法知道與圖像退化有關的定量的信息時，可以使用圖像增強技術主觀地改善圖像的質量。④圖像分析。對圖像中的不同對像進行分割、特征提取和表示，以利於計算機對圖像進行分類、識別、理解或解釋。⑤圖像重建。由圖像的多個一維投影重建該圖像，可看成是一種特殊的圖像復原技術。⑥圖像壓縮和編碼。對圖像進行編碼是為瞭壓縮數據和組織數據，便於圖像的存儲、傳輸和應用，特別是在互聯網環境下的各種應用。
數字圖像處理的數學工具可分為三大類。第一類包括各種正交變換和圖像濾波等方法，共同點是將圖像變換到其他域(如頻域)中進行處理(如濾波)後，再變換到原來的空間(域)中。第二類方法是直接在空間域中處理圖像，包括各種統計方法、微分方法及其他數學方法。第三類是數學形態學運算，它不同於常用的頻域和空間域的方法，是建立在積分幾何和隨機集合論的基礎上的運算。由於被處理圖像的數據量非常大且許多運算在本質上是並行的，所以圖像並行處理也是圖像處理中的主要研究方向。
數字圖像處理應用的領域主要有：①通信。包括圖像傳輸、電視電話、電視會議。②遙感。遙感圖像處理可用於礦藏勘探，森林、水利、海洋、農業等資源的調查，自然災害預測預報，環境污染監測，氣像衛星雲圖處理以及用於軍事目的的地面目標識別。③醫療診斷。通過X射線、超聲、計算機斷層攝影(CT)、核磁共振等進行成像，結合圖像處理與分析技術，進行疾病的分析與診斷。④工業生產。主要有產品質量檢測，生產過程的自動控制，計算機輔助設計與制造等。⑤機器人視覺。通過實時的圖像處理，對三維景物進行理解和識別。主要用於軍事偵察、危險環境作業、自動流水線上裝配工件的識別和定位，以及郵政、傢庭服務等。⑥出版、廣告及視頻制作。包括彩色圖片的繪制、編輯、加工和分色處理，電視制作中的圖像特技處理和圖像合成技術等。⑦軍事、公安、檔案管理等其他方面的應用。如軍事目標的偵察、制導和警戒系統、自動火器的控制及反偽裝，指紋、手跡、印章、人像等的處理和辨識，古跡和圖片檔案的修復和管理等。