在圖像處理和攝影中，色彩直方圖是圖像中色彩分布的一種表示。對于數字圖像來說，色彩直方圖表示在一個固定的色彩范圍列表中的每一個像素的數量，該列表跨越了圖像的色彩空間，即所有可能的色彩集合。色彩直方圖可以為任何種類的色彩空間建立，盡管這個術語更經常用于像RGB或HSV的三維空間。對于單色圖像，可以使用強度直方圖一詞來代替。對于多光譜圖像，每個像素由任意數量的測量值表示（例如，超出RGB的三個測量值），顏色直方圖是N維的，N是測量值的數量。每個測量值都有自己的光譜波長范圍，其中一些可能在可見光譜之外。如果可能的顏色值的集合足夠小，這些顏色中的每一種都可以自己放在一個范圍內；那么直方圖只是對具有每種可能顏色的像素的計數。大多數情況下，空間被劃分為適當數量的范圍，通常被安排成一個有規律的網格，每個范圍都包含許多類似的顏色值。顏色直方圖也可以表示為一個定義在顏色空間上的平滑函數，它接近于像素計數。像其他類型的直方圖一樣，顏色直方圖是一種統計學，可以被看作是顏色值的基本連續分布的一種近似。

顏色直方圖是一種靈活的構造，可以從各種顏色空間的圖像中建立，無論是RGB、rg色度還是其他任何尺寸的顏色空間。一個圖像的直方圖首先是通過將圖像中的顏色離散成若干個倉，并計算每個倉中的圖像像素數來產生的。例如，紅藍色度直方圖可以通過首先將RGB值除以R+G+B來歸一化顏色像素值，然后將歸一化的R和B坐標量化為N個倉來形成。一個紅-藍色度的二維直方圖被分為四個倉（N=4），可能會產生一個看起來像這個表的直方圖。一個直方圖可以是N維的。雖然更難顯示，但上述例子的三維顏色直方圖可以被認為是四個獨立的紅藍直方圖，其中每個直方圖都包含了綠色的一個倉的紅藍值（0-63，64-127，128-191，192-255）。直方圖對圖像中的數據分布進行了緊湊的總結。圖像的顏色直方圖在圍繞觀察軸的平移和旋轉中是相對不變的，并且只隨觀察角度的變化而緩慢變化。通過比較兩幅圖像的直方圖特征并將一幅圖像的顏色內容與另一幅圖像相匹配，顏色直方圖特別適合于識別場景中未知位置和旋轉的物體的問題。重要的是，將RGB圖像翻譯成光照不變的rg-色度空間，可以使直方圖在不同的光照度下運行良好。

直方圖是一個圖像中像素數量的圖形表示。用更簡單的方式來解釋，直方圖是一個條形圖，其X軸代表色調尺度（左邊是黑色，右邊是白色），Y軸代表圖像中在色調尺度的某一區域的像素數。例如，亮度直方圖顯示了每個亮度級別（從黑到白）的像素數，當像素數較多時，某一亮度級別的峰值就較高。

圖像的顏色直方圖表示圖像中顏色組成的分布。它顯示了不同類型的顏色出現，以及每種類型的顏色出現的像素數量。色彩直方圖和亮度直方圖之間的關系是，色彩直方圖也可以表示為"三個亮度直方圖"，其中每個直方圖顯示每個單獨的紅/綠/藍顏色通道的亮度分布。

色彩直方圖只關注不同類型色彩的數量比例，而不考慮色彩的空間位置。顏色直方圖的數值來自統計學。它們顯示了顏色的統計分布和圖像的基本色調。一般來說，由于圖像中前景和背景的顏色分布不同，直方圖中可能存在雙峰分布。僅就亮度直方圖而言，沒有完美的直方圖，一般來說，直方圖可以看出是否過曝，但有些時候，通過查看直方圖，你可能會認為圖像過曝；但實際上并不是。