灰度級為[0, L-1]范圍內的數字圖像的直方圖是一個離散函數h(rk) = nk，rk是第k級灰度，nk是灰度級為rk的像素個數(k = 0, 1, ..., L-1)。
歸一化的直方圖：P(rk) = nk / n，n為圖像中像素點的總數。
簡單的說，P(rk)給出了灰度級為rk的發生的概率估計值，提供圖像統計資料。歸一化的直方圖的所有部分之和應為1。
直方圖是多種空間域處理技術的基礎，直方圖能有效的利用于圖像增強，壓縮與分割。
若一幅圖像像素占有全部可能的灰度級，并且分部均勻，這樣的圖像具有高對比級和多變的灰度色調。
可以快速的開發出一種函數，該函數僅僅依靠輸入圖像的直方圖信息，實現灰度級豐富且動態范圍大的圖像。
以下圖像是在直方圖在圖像增強中的介紹，四個基本灰度級特征（暗，亮，低對比度，高對比度）做出的花粉圖像。
暗色圖像中，直方圖的組成成分集中在灰度級低的一側，亮的直方圖傾向于灰度級高的一側，低對比度的直方圖集中于灰度級的中部，
高對比度的直方圖覆蓋了灰度級很寬的范圍，且像素的分部沒有太不均勻，只有少量的曲線比其他的高許多。
