Про различия обработки изображений и компьютерного зрения я уже писал в этом обсуждении:
https://yandex.ru/znatoki/question/computers/v_chem_raznitsa_mezhdu_obrabotkoi_i_adec6818/
Их связь состоит в основном в том, что трехмерные сцены, получаемые компьютерным зрением, проецируются на 2D, и наоборот, по 2D-сценам строятся трехмерные сцены. А при работе с 2D сценами требуются алгоритмы обработки изображений.
Машинное обучение связано с обработкой изображений только в применении к задачам с изображениями. Часто методы обработки изображений (афинные преобразования, фильтрации и др) требуется для подготовки данных для последующего обучения. Машинное обучение можно считать методом для решения некоторых задач обработки изображений, например, super-resolution.
Примерно в таком же отношении находятся машинное обучение и компьютерное зрение - машинное обучение может помогать решать задачи компьютерного зрения, но в то же время алгоритмы компьютерного зрения могут применяться для разметки данных, необходимых для обучения.
Все эти три области эффективно развиваются и помогают друг другу.