Dekonvoluce (Deconvolution) je algoritmický proces zpracování dat sloužící k obnovení neznámého signálu (obrazu) z jeho zkreslené a šumem degradované podoby tak, aby byl co nejpodobnější původnímu signálu. Dekonvoluce má tedy za cíl odstranit efekt konvoluce – tzn. obnovit zašuměný a zkreslený obraz potlačením jevů snižujících kvalitu nasnímaného obrazu. Dekonvoluce hraje důležitou roli při rekonstrukci obrazu.
Konvoluce, neboli opačný proces k dekonvoluci, je matematický operátor, který v mikroskopii vysvětluje vznik obrazu „znehodnoceného“ rozostřením a šumem. Rozostření (rozmazání) je z velké části zapříčiněno kvalitou zobrazování samotného optického systému, šum je zpravidla následkem přirozeného, tzv. fotonového šumu vznikajícího při dopadu svazku fotonů na vzorek. V digitálním zobrazování se konvolucí myslí proces, kdy jsou šedé úrovně každého pixelu nahrazovány novou hodnotou upravenou tak, aby zohledňovala hodnoty sousedních pixelů.
Konvoluci dvou signálů si lze graficky představit jako postupné prostorové posouvání tzv. konvolučního jádra po obrazu a stanovení odezvy. Pro vzájemnou polohu obrazu a konvolučního jádra je vypočítán součet hodnot pixelů obrazu s příslušnými koeficienty konvolučního jádra – tento součet určuje výstupní hodnotu obrazu v daném bodě.