توجه و علاقه به روشهای پردازش تصویر، از دو زمینه کاربردی اصلی ناشی می‌شود: بهبود اطلاعات تصویری به منظور کمک به تعببیر انسانی؛ و پردازش تصویری برای ذخیره سازی، ارسال، و نمایش برای ادراک سیستم های بینایی ماشین.

یک تصویر می‌تواند بصورت یک تابع دو بعدی (f(x,y تعریف شود، که در آن x و y مختصات مکانی پیکسل‌ها در روی صفحه هستند و مقدار f در این نقطه شدت روشنایی این پیکسل را نمایش می‌دهد. هنگامی که x و y و مقدار شدت روشنایی f همگی کمیت‌های محدود گسسته باشند، آنگاه تصویر، یک تصویر دیجیتال نامیده می‌شود. موضوع پردازش دیجیتال تصاویر در ارتباط با آنالیز و پردازش تصاویر دیجیتال توسط یک سیسیتم کامپیوتری دیجیتال است. توجه شود که یک تصویر دیجیتال از تعداد محدودی از عناصر تشکیل می‌شود که هر کدام یک مکان و مقدار بخصوص دارد.

قابل توجه است که حوزه عملکردی پردازش تصویر محدود به پردازش تصاویری که توسط دوربین‌های متداول برای عکاسی استفاده می‌شوند نیست. بلکه این حوزه از علم به پردازش تمام تصاویری که به هر نحوی تهیه میشوند می پردازد. پردازش تصاویر ناشی از اشعه های گاما، ماوراء بنفش، مادون قرمز و مرئی، مایکروویو،رادیویی و … همگی در پردازش تصویر مد نظر قرار می‌گیرد و کاربردهای ویژه‌ای دارد.

گرچه سیستم‌های پردازش تصویر با مقیاس بزرگ، هنوز جهت کاربردهای تصویربرداری انبوه، مثل تصویربرداریهای ماهواره‌ای در صنعت تولید شده و بفروش می‌رسند، اما باید توجه داشت که گرایش به سمت کوچک سازی و ترکیب کامپیوترهای چند منظوره کوچک با سخت افزار خاص پردازش تصویر است. شکل زیر اجزاء اساسی تشکیل دهنده یک سیستم همه منظوره مورد استفاده در پردازش تصویر را نشان می‌دهد.

همانطور که پیش‌تر بیان شد، ما تصاویر را با توابع دوبعدی به شکل (f(x,y مشخص می‌کنیم؛ که مقدار یا دامنه f در مختصات مکانی x و y یک کمیت عددی است که معنای فیزیکی آن توسط منشاء تصویر تعیین می‌شود. برای تشکیل تصویر دیجیتال عموما از یکسری از حسگرها استفاده می‌کنند که انرژی ناشی از منبع تابش از یک عنصر صحنه را دریافت می‌کنند. مقدار شدت روشنایی تصویر یا همان f متناسب با شدت تابش نور از منبع نور و نیز میزان بازتاب شئ است. بطور کلی نحوه گردآوری تصویر دیجیتال در شکل زیر به نمایش گذاشته شده است.

همانطور که بیان شد میزان روشنایی پیکسل‌های تصویر یا همان (f(x,y به دو مولفه وابسته است: میزان شدت روشنایی منبع روی صحنه مورد نظر، و مقدار بازتابش نور از سطح صحنه. بطور خاص اینها مولفه های «تابش» و «بازتابش» نامیده می‌شوند وبه ترتیب با (i(x,y و (r(x,y نمایش داده می‌شوند که بصورت زیر (f(x,y را تولید می‌کنند.

قابل ذکر است که (i(x,y عددی بین صفر تا بینهایت و (r(x,y عددی بین یک و صفر می‌توانند داشته باشند؛ که برای مولفه بازتابش عدد صفر به معنای جذب کامل و عدد یک به معنای بازتاب کامل است. (i(x,y توسط منبع روشنایی و (r(x,y توسط مشخصه‌های اشیاء تصویر بردارری شده تعیین می‌گردند. توجه داشته باشید که این توضیحات برای تصاویر تشکیل شده، ناشی از عبور نوری مانند اشعه ایکس از شئ مورد عکسبرداری نیز صادق است که البته بجای «تابع بازتابش» از مولفه «قابلیت عبور» نام برده می‌شود. اما محدوده ها همانند توضیحات قبل است و از رابطه فوق طبعیت می‌کند.

در نهایت می‌توان گفت مهمترین کاربردهای پردازش تصویر را در چند موضوع کلی می‌توان جای داد:

1- بهبود تصویر در حوزه زمانی مکانی

2- بهبود تصویر در حوزه فرکانسی

3- بازسازی تصویر خراب شده ناشی از نویز، واترمارک، اعوجاج و …

4- فشرده سازی تصویر

5- قطعه بندی تصویر

6- تشخیص اشیاء