Wyrównywanie histogramu (ang. histogram equalization) ma na celu takie dobranie wartosci aby wykres był mozliwie "płaski". W praktyce wyrównywanie histogramu sprowadza się do wykonania przeksztalcenia obrazu przy pomocy odpowiednio przygotowanej tablicy LUT. Operacja wyrównywania histogramu pozwala na uwypuklenie tych szczegółów w obrazie, które z uwagi na niewielki kontrast sa mało widoczne.
Na początku należy obliczyć dystrybuantę rozkładu prawdopodobieństwa. Jest ona określona wzorem: dla każdego n = 0 .. maksymalna wartość składowejgdzie s oznacza liczbę wszystkich punktów w obrazie. Zatem wartość dystrybuanty w punkcie i określa liczbę punktów w obrazie o wartości składowej mniejszej lub równej i podzieloną przez liczbę wszystkich punktów w obrazie.

Na podstawie dystrybuanty otrzymujemy tablice LUT, która wyraza się wzorem: gdzie:

• i - wartosc składowej obrazu oryginalnego,
• D₀ - pierwsza niezerowa wartosc dystrybuanty obrazu oryginalnego,
• k - liczba mozliwych wartosci składowych obrazu.

Rozważmy obraz o 20 punktach, dla którego dany jest histogram h = {2, 5, 0, 3, 9, 1}
Dystrybuanta dla niego będzie zatem wyglądała następująco: D = {2/20, 7/20, 7/20, 10/20 , 19/20, 20/20}
Co po przekształceniu na ułamki dziesiętne wgląda tak: D = {0.1, 0.35, 0.35, 0.5 , 0.95, 1}
Teraz obliczymy współczynniki tablicy LUT:
Pierwsza niezerowa wartość dystrybuanty D₀ = 0.1
Liczba wartości składowych (liczba elementów histogramu) k = 6
Wartości zakrąglamy w dół (można też zaokrąglać wartości normalnie, tzn. do wartości x.5 w dół a powyżej w górę):
LUT(0) = ((0.1 - 0.1) / (1 - 0.1)) * (5) = 0
LUT(1) = ((0.35 - 0.1) / (1 - 0.1)) * (5) = 1
LUT(2) = ((0.35 - 0.1) / (1 - 0.1)) * (5) = 1
LUT(3) = ((0.5 - 0.1) / (1 - 0.1)) * (5) = 2
LUT(4) = ((0.95 - 0.1) / (1 - 0.1)) * (5) = 4
LUT(5) = ((1 - 0.1) / (1 - 0.1)) * (5) = 5

Należy pokreślić, iż operacja ta nie jest uniwersalna i w przypadku niektórych obrazów może nie przynieść zadowalajacych rezultatów. Poniżej przedstawiono wynik wyrównywania histogramu, dla obrazu kolorowego i monochromatycznego (po lewej obrazy przed operacją wyrównywania histogramu):