主要科学研究领域为其积极倡导的图象工程（图象处理、图象分析、图象理解及其技术应用）和相关学科。 已在国内外发表500多篇图象工程研究论文，出版了12本专著等，包括《图象分割》，《基于内容的视觉信息检索》（科学出版社），《基于子空间的人脸识别》（清华大学出版社）， 编著了《英汉图像工程辞典》（第1版、第2版和第3版），《图像工程技术选编》和《图像工程技术选编（二）》（清华大学出版社）， 主持编著了 "Advances in Image and Video Segmentation" 和 "Semantic-Based Visual Information Retrieval" (IRM Press, USA)， 以及 "Advances in Face Image Analysis: Techniques and Technologies" (IGI Global, USA)。
现为中国图象图形学学会会士和名誉监理事长； 国际电气电子工程师学会（IEEE）高级会员；国际光学工程学会（SPIE）会士； 《中国图象图形学报》副主编，《电子与信息学报》，《计算机辅助设计与图形学学报》，《信号处理》和《电子科学学刊（英文）》编委。
曾任第二十四届国际图象处理学术会议（ICIP'2017）程序委员会主席， 第一届、第二届、第四届、第五届、第六届、第七届和第八届国际图象图形学学术会议（ICIG'2000，ICIG'2002，ICIG'2007，ICIG'2009，ICIG'2011，ICIG'2013, ICIG'2015）程序委员会主席， 第十二届、第十三届、第十四届、第十五届、第十六届、第十七届、第十八届和第十九届全国图象图形学学术会议（NCIG'2005，NCIG'2006，NCIG'2008，NCIG'2010，NCIG'2012，NCIG'2014，NCIG'2016，NCIG'2018）程序委员会主席。