עיבוד תמונה הוא תחום במדעי המחשב העוסק בעיבוד של תמונה דיגיטלית ובמניפולציות שונות עליה עיבוד תמונה נעשה לשתי מטרות עיקריות:
* לשם שיפור התמונה: הורדת "רעשים", הדגשת פרטים, חידוד, תיקון רמות אפור, תיקון צבעים וכדומה.
* לשם הסקת מסקנות: מדידות, זיהוי פגמים, זיהוי צורות.
בתחום זה עוסקים בקביעת פורמטים שונים לאיחסון תמונות, במיוחד אלו העוסקים בדחיסה ובפריסת קובץ התמונה, בפילטרים ובעיבודים נוספים של התמונות, כמו שיפור איכות ירודה של תמונה. בתחום הזה ישנו ענף של זיהוי צורות, כדי שעבודת העיבוד תהיה אוטומטית.
אחד היישומים הנפוצים ביותר בתחום, הוא שינוי רזולוציה של תמונה, סיבובה או היפוכה. גם המנגנון של הסרת עיניים אדומות מהתמונה, שקיים היום ברוב התוכנות הנפוצות לעיבוד תמונה, הוא יישום די נפוץ. תחום המצלמות הדיגיטליות שהתפתח בשנים האחרונות, הזריק דם חדש בתחום הזה, ותוכנות לעיבוד תמונה נפוצות היום, כמעט כמו תוכנות לעיבוד תמלילים.
כל קובץ תמונה מורכב מנקודות זעירות הקרויות פיקסלים. ככל שיש יותר נקודות ביחידת שטח, כך הרזולוציה של התמונה גבוהה יותר, והתמונה תראה חדה יותר. ככל שנקודה יכולה לתת טווח יותר גדול של צבעים, כך עומק הצבע גדול יותר, והתמונה תראה ריאליסטית יותר. הנתונים הללו מאוחסנים כמו שהם בקובץ Bitmap (תמונת מפת סיביות), שבו יש יצוג מספרי לכל נקודה בתמונה, או שנדחסים באמצעות אלגוריתם מיוחד ונשמרים בקבצים דחוסים כדוגמת JPG . בכל תהליך של שמירה ופתיחה בקבצים דחוסים, התוכנה משתמשת בתהליך עיבוד מיוחד, שיודע לדחוס את נתוני התמונה עם איבוד מינימלי של מידע.