在簡述了灰度圖像之后，就有必要講講直方圖了。直方圖英文名稱是Histogram，它其實就是柱狀圖，它被廣泛用于數字圖像的編輯、采集等領域。直方圖并不是數字圖像的一部分，而是對數字圖像的畫素資訊進行統計后產生的統計報告圖表。
我們先來看一個實例。這是一張菊花圖，使用繪圖軟體對其進行統計。
這就是分析上圖得到的直方圖。它的橫軸表示亮度，從左至右表示由暗到亮的遞進，一共256級。而豎軸表示對應橫軸亮度值的畫素數量，高位值表示該亮度的畫素多，反之則少。至于彩色畫素如何獲取亮度，請看上一篇文章。
通過統計，就很容易看出數字圖像的整體的明暗分布情況，如果大部分統計柱偏向左側，畫面會偏暗，偏右則偏亮。此例中的直方圖，出現了高低兩個峰，高峰位于左側，較低的峰位于右側偏中的位子，由直方圖都可以看出，這是一張明暗反差較大的圖像。兩個峰坡度平緩，并沒出現斷裂，也可由此判斷，其細節連貫平滑，明暗部都有較好細節。在最右側，沒有對應統計柱，說明該圖不存在理論最亮的部分，在拍攝時，其實還可以略微增加曝光補償或者進行后期修正。
直方圖能對圖像處理提供非常直觀有效的資訊，如果看不懂直方圖，后期處理水準也難以得到提升。
直方圖的應用不止于此，隨著電子取景器的普及，電子取景的輔助工具也越來越多，其中重要的一項就是直方圖。現在有一些型號的相機已經實時直方圖的顯示，所謂實時，就是不停的分析當前取景器內的圖像并生成直方圖，因為取景器內的影像是動態的，因此直方圖隨時變化，因此相機取景直方圖也是動態的。
對于電子取景相機的來說，直方圖是最好的曝光參考，主要需要注意的是橫軸右側，如果右側出現一段沒有統計柱分布，十有八九就是曝光不足，此時應該進行曝光補償設定。
目前還有不少相機不具備實時直方圖的功能，但在瀏覽照片時，提供直方圖分析功能，這也能對曝光設定提供正面幫助。直方圖可以避開相機顯示屏的對曝光程度判斷的影響，不會出現熒幕顯示很亮，導致曝光補償設定錯誤，拍攝出來的圖像偏暗的問題。
直方圖不只是對亮度統計，正如上面的顯示的那樣，也可以對紅綠藍三色進行單獨統計。分析方法并沒有區別，只不過針對單色而已，前面的文章已經提到過，紅綠藍三色對應的亮度權重不一樣，在拍攝濃艷色彩的對象，例如花花草草時，應該多多留意三原色單色直方圖，防止色彩溢出。
