바이너리 이미지(binary image)는 디지털 이미지의 한 형태로, 각 픽셀이 정확히 두 가지 값(일반적으로 0과 1) 중 하나만을 가질 수 있는 1비트 이미지이다. 한국어로는 이진 이미지, 이진영상, 2차 화상, 이차영상 등으로 번역된다. 바이레벨(bi-level) 또는 투레벨(two-level) 이미지라고도 불리며, 두 가지 색상으로 이루어진 픽셀 아트는 흔히 1비트(1-bit)라고 지칭된다.
바이너리 이미지에서 각 픽셀은 단일 비트로 저장되며, 일반적으로 0은 검은색(또는 배경), 1은 흰색(또는 전경)을 나타낸다. 색상의 깊이가 없는 흑백 형태라는 점에서 그레이스케일 이미지와 구별된다. 포토샵과 같은 그래픽 소프트웨어 용어에서 바이너리 이미지는 "비트맵" 모드의 이미지와 동일한 의미로 사용된다.
바이너리 이미지는 디지털 화상 처리에서 마스크(mask) 처리, 임계값 지정(thresholding), 디더링(dithering) 등을 통해 자주 생성된다. 특히 임계값 기반 이진화(thresholding)는 이미지 분할(segmentation)의 가장 기본적인 방법으로, 이미지 내의 물체와 배경을 구분하는 데 사용된다. 레이저 프린터, 팩스, 이중 레벨 컴퓨터 디스플레이 등 일부 입출력 장치는 이중 레벨 이미지만 처리할 수 있다.
메모리 저장 측면에서 이진 이미지는 압축된 비트 배열인 비트맵(bitmap) 형태로 저장되며, 640×480 크기의 이미지에는 약 37.5KiB의 저장 공간이 필요하다. 파일 크기가 작기 때문에 팩스 및 문서 관리 솔루션에서 널리 사용된다. 또한 대부분의 이진 이미지는 간단한 런 렝스 부호화(run-length encoding) 방식으로도 효율적으로 압축된다.
수학적 관점에서 바이너리 이미지는 2차원 정수 격자 Z²의 하위 집합으로 해석될 수 있으며, 형태학적 이미지 처리(morphological image processing) 분야는 이러한 관점에서 크게 영감을 받았다. 컴퓨터 비전(computer vision) 분야에서는 에지 검출(edge detection), 팽창(erosion), 열림(opening), 닫힘(closing) 등 다양한 연산의 기반이 된다.
