Tähtitieteellinen kuvankäsittely on menetelmä avaruusteleskooppien ottamien kuvien puhdistamiseksi tai kuvien elementtien korostamiseksi siten, että tietyt tähtien piirteet tulevat esiin. Kuvankäsittelytekniikka käyttää tätä varten sekä suodattimia että muuta sisäänrakennettua teleskooppitekniikkaa, joka tunnetaan nimellä kuvan esikäsittely, ja kuvien käsittelyn jälkeen ohjelmiston avulla lisäämään avaruudessa olevien kohteiden resoluutiota ja terävöittämään muita kuvan näkökohtia. Vaikka kuvankäsittely vaihtelee tutkimuksen painopisteen ja kuvan lopputuloksen toivomisen mukaan, tekniikat sisältävät useita vakiolähestymistapoja.
Rutiininomainen tähtitieteellinen kuvankäsittely sisältää ensin sarjan perustavia vaiheita. Kuvan kalibrointi, kohdistus ja kohinan vähentäminen ovat tärkeitä monen tyyppisille tähtitieteellisille kuville. Kalibrointi edellyttää ei-toivottujen tietojen tai signaalitallenteiden poistamista kuvista niitä otettaessa, jotta tutkittava voidaan tallentaa selkeämmin.
Kuvien kohdistaminen ja pinoaminen päällekkäin ohjelmistolla käyttämällä kiinteitä referenssipisteitä voidaan parantaa kuvadatan laatua ja tiheyttä. Tämä sisältää prosesseja, kuten yhdysvaltalaisen National Aeronautics and Space Administrationin (NASA) käyttämän Drizzle-tekniikan, joka toimii Hubble-avaruusteleskoopista otettuihin kuviin. Drizzle-tekniikka terävöittää kuvia pinoamalla useita näytteitä päällekkäin, jotta saadaan aikaan resoluutio, jonka pikselitiheys on suurempi kuin yksittäinen kuva yksinään.
Ohjelmiston kuvankäsittelyalgoritmit helpottavat myös kohinan vähentämistä. Avaruuspohjaisissa kuvissa voi olla satunnaista kohinaa säteilyvaikutuksista tai valon heijastuksista maasta, ja tämän suodattamiseen käytetään useita menetelmiä. Alipäästömenetelmä vähentää korkeataajuista kohinaa, jossa reunojen tasoitus poistaa kuvasta poikkeamat, jotka näyttävät esineiden reunalta, mutta ovat itse asiassa vain vääristymiä.
Useimmat tähtitieteelliset valokuvat tallennetaan sarjassa harmaan sävyjä Charge Coupled Device (CCD) -laitteella, joka kuitenkin sisältää kuvaan upotettuna väridataa. Tämä edellyttää tähtitieteellisen kuvankäsittelymekanismin tarvetta kuvan fokusoimiseksi kiinnostavaan alueeseen. Kuvan visualisointitekniikat tekevät tämän käyttämällä monenlaisia suodattimia korostamaan kuvan tiettyjä alueita ja minimoimaan muita. Näitä ovat muun muassa kuvan tällaisten elementtien, kuten sen luminanssiominaisuuksien, muuttaminen sekä suodattimet punaisen, vihreän ja sinisen valon pääväreille, vetykaasuvaikutuksille avaruudessa ja paljon muuta.
Tähtitieteellisen kuvankäsittelyn käyttämä kuvasuodatus on viritetty tietyille valon aallonpituuksille ja se on yleensä suunniteltu laaja- tai kapeakaistaiseksi. Laajakaistasuodattimet mahdollistavat useiden valon aallonpituuksien tallentamisen, kuten kaikki yhden punaisen värin vaihtelut näkyvässä spektrissä. Kapeakaistainen suodatin estää kaiken valon paitsi tavallisesti yhden ominaisaallonpituuden, joka suodatetaan muutaman nanometrin tai metrin miljardisosan tasolle. Kun tutkitaan erilaisia avaruuden alueita, kuten galakseja, valitaan laajakaistasuodatin, kun taas tietyt tähtikohteet, kuten planeetat, tähdet tai asteroidit, voivat sen sijaan olla tietyn kapeakaistaisen suodattimen keskipisteenä.
Monia avaruudessa olevista kohteista otettuja valokuvia on muokattu paljon ennen kuin ne on julkaistu tiedotusvälineille tähtitieteellisen kuvankäsittelyn jälkeen. Koska tähtitieteellinen tutkimus työskentelee yksityiskohtaisesti harmaasävykuvien kanssa, avaruuden alueesta muodostetaan jälkikäteen todenmukainen väriesitys määrittämällä värejä kuvan valon aallonpituuksien perusteella ohjelmistotyökalujen avulla. Myös julkiset kuvat voivat usein koostua vääristä väreistä, jotka valitaan niiden kyvyn perusteella parantaa kuvan kohteiden esteettistä tai terävää laatua.