直方圖（Gray histogram）：

用一系列的等寬不等高的矩形來表示資料，橫向寬度表示資料之間的間隔，縱向的高度表示在給定的間隔寬度範圍內資料的出現的次數（頻數），變化的高度形態反映了資料的分佈情況。

典型的資料直方圖如下圖所示：

圖：資料直方圖

而對於黑白照片（灰度圖），其畫素值為0~255，即直方圖的橫軸的範圍為0~255。縱軸表示的為各畫素值出現的頻數。但是並不能反映各灰度級在空間的分佈位置。一個典型的灰度圖片的直方圖如圖所示。

通常為了表示其出現頻率，會將縱座標歸一化到[0,1]區間內，也就是將灰度級出現的頻率（畫素個數）除以影象中畫素的總數。灰度直方圖的計算公式如下：

其中，gk是畫素的灰度級，nk是具有灰度gk的畫素的個數，MN是影象中總的畫素個數。直方圖的繪製可以使用matlab裡面的imhist函式。其語法如圖所示：

直方圖為直方圖均衡化（Histogram Equalization） 提供了依據。假如灰度影象的灰度分佈不均勻，其灰度分佈集中在較窄的範圍內，使影象的細節不夠清晰，對比度較低。如圖所示：

通常採用直方圖均衡化及直方圖規定化兩種變換，使影象的灰度範圍拉開或使灰度均勻分佈，從而增大反差，使影象細節清晰，以達到增強的目的。直方圖均衡化後的直方圖分佈如圖所示。

直方圖均衡化，對影象進行非線性拉伸，重新分配影象的灰度值，使一定範圍內影象的灰度值大致相等。這樣，原來直方圖中間的峰值部分對比度得到增強，而兩側的谷底部分對比度降低，輸出影象的直方圖是一個較為平坦的直方圖。

總之，影象的灰度直方圖能夠很直觀的展示影象中灰度級的整體分佈情況，對影象的後續處理有很好的指導作用。影象的灰度直方圖還能夠用於邊界閾值選取。