実空間での処理よりも周波数空間での処理を行うのに利点はあるのでしょうか?
画像処理の目的次第としか言えません。
実空間のまま処理する方が好ましいケースもあれば、周波数空間に変換してから処理する方が好ましいケースもあります。(これ以上のことは、具体的なアルゴリズム・処理目的を明示されないことには何とも言えません。)
ヒトの目の特性(視覚特性)には、周波数に応じて変化するものもあります。例えば、画像中のコントラスト(濃淡/明暗の"差")を感じ取る能力は、画像の周波数成分によって異なります。この視覚特性は実験的に求められた「コントラスト感度特性(CSF; Contrast Sensitivity Function)」として記述されます。