Sim, existem (comerciais, shareware , freeware / open source , versões de utilização gratuita, etc).

Nota
É, em geral, necessário editar o resultado final obtido através de programas com estas funcionalidades (mesmo no caso dos comerciais) ^[1] .

Exemplos

RasterVect Free Edition

http://www.rastervect.com/
http://www.rastervect.com/rastervectfree.zip
Produzido pela RasterVect Software , é um programa mais vocacionado para a conversão em formatos vectoriais (DXF, WMF, EMF, EPS e AI) de ficheiros de imagem bitmap do tipo CAD.
A versão de utilização gratuita possui diversas restrições em relação à comercial.
Possui apenas versões para MS Windows.

Inkscape

http://www.inkscape.org/
Embora o seu objectivo seja o da edição vectorial (área onde é reconhecido como software open source de elevada qualidade) ^[2], possui comandos internos que podem ser utilizados na vectorização de imagens bitmap.
Existem versões deste programa para MS Windows, Mac OS X e GNU / Linux.

Potrace

http://potrace.sourceforge.net/
Desenvolvido por Peter Selinger, este programa do tipo open source converte ficheiros nos formatos bitmap PBM, PGM, PPM e BMP em ficheiros com conteúdo vectorial (p.ex., EPS, PostScript, PDF e SVG).
Trata-se de um utilitário sem interface gráfica (no entanto existem GUIs externas produzidas por outros programadores).
O site possui bastante informação útil (mesmo tendo sido actualizado em 2007), bem como referências e links diversos.
Existem versões deste software para MS Windows, Mac OS X e GNU / Linux.

AutoTrace

http://autotrace.sourceforge.net/
Do mesmo tipo do anterior, possui o mesmo propósito mas é mais antigo (data de 2004). Foi desenvolvido por Martin Weber.
Converte ficheiros nos formatos bitmap BMP, TGA, PNM, PPM, PGM, PBM (p.ex.) em ficheiros nos formatos Postscript, SVG, xfig, swf, pstoedit, emf, dxf, cgm, mif, p2e e sk.
Segundo o programador do Delineate, produz resultados com qualidade inferior aos do Potrace.
Possui versões para MS Windows e GNU / Linux.

Delineate

http://delineate.sourceforge.net/
Utilitário open source com interface gráfica, converte ficheiros de imagem bitmap (JPEG, PNG, GIF, BMP, TIFF, PNM, PBM, PGM, PPM, IFF, PCD, PSD, RAS) em ficheiros SVG (i.e., vectorial).
Pode utilizar o Potrace ou o Autotrace (incluidos) para a operação de vectorização e aplicar diversas operações. Este programa utiliza outros dois auxiliares: JIU e Batik.
[Foi desenvolvido por Robert McKinnon].

Possui versões para MS Windows, Mac OS X e GNU / Linux (actualizadas em 2004).

[1] Se desejar, pode consultar a FAQ
Existe algum programa livre equivalente ao Adobe Freehand (e/ou ao Adobe Illustrator) ?

[2] P.ex.:
"Keep in mind that the Tracer's purpose is not to reproduce an exact duplicate of the original image; nor is it intended to produce a final product. No autotracer can do that. What is does is give you a set of curves which you can use as a resource for your drawing." (destaque do editor)
inkscape.org. 2009-10-17. Inkscape tutorial: Tracing .
http://www.inkscape.org/doc/tracing/tutorial-tracing.html

v. 1.0 . 2010-07-26