Ce livre est issu de quelques travaux de recherche et porte sur la résolution de certains problèmes en traitement d'images. Nul ne peut nier que le développement dans ce domaine est toujours en pleine expansion avec une multitude d'approches utilisées pour répondre aux diverses applications qui ne font que s'accroître et se diversifier. Par ailleurs, la progression au niveau de la rapidité et de la complexité des algorithmes demeure un sujet de grand intérêt. Au-delà de la présentation générale de l'imagerie mathématique et ses applications, l'objectif de ce manuscrit est de présenter certaines méthodes pour résoudre des problèmes classiques en traitement d'images, tels que des problèmes de restauration, de détection de contours, de classification et de segmentation. Notre but est de pouvoir adapter ces méthodes à des problèmes réels, soit par la nature des applications étudiées, soit par l'efficacité et la rapidité des algorithmes proposés. Cet ouvrage s'adresse aux étudiants de Master et de Doctorat qui travaillent sur ce sujet, et peut être utile pour les chercheurs en Mathématiques ou en d'autres disciplines intéressés par le traitement d'images.