بهبود کنتراست یکی از شاخه های جالب و مورد توجه در زمینه ی بهبود تصاویر است و کاربردهای گسترده ای در بسیاری از زمینه های علمی مانند پردازش تصویر و بینایی ماشین پیدا کرده است. به طور کلی نامناسب بودن کنتراست تصویرها/ویدیوها به عوامل زیادی ازجمله کیفیت پایین ابزارهای اندازه گیری و حسگرهای بکار رفته در آن ها، نداشتن تجربه کافی کاربرها در تصویر برداری و همچنین چگونگی نورپردازی و شرایط محیطی نامناسب وابسته است. این عوامل منجر به محو شدن برخی از جزییات مهم، تیره یا روشن شدن بیش از اندازه و در نهایت غیر طبیعی بودن تصویر/ویدیو خواهد شد. بروز این عوامل در گستره ی وسیعی از تصاویر مانند تصاویر دیجیتالی سطح خاکستری و رنگی، تصاویر ماهواره ای و از راه دور، تصاویر بیولوژیکی، پزشکی و تصاویر چهره و نیاز به بهبود آن ها باعث شده تا روش های گوناگونی جهت بهبود کنتراست در سال های اخیر ارایه شود. این روش ها به دو دسته ی کلی مستقیم و غیرمستقیم تقسیم می گردند. روش غیرمستقیم در حوزه ی مکان به اصلاح هیستوگرام و گسترش بازه ی دینامیکی تصاویر می پردازد و به دلیل پردازش های ساده و مبتنی بر درک، توجه زیادی را به خود جلب کرده است. روش های ارایه شده در این شاخه به دلیل عدم کنترل بر اندازه ی کنتراست تصاویر، منجر به بروز آثار نامطلوبی مانند تغییرات زیاد روشنایی، محو اطلاعات مفید، پدیدار شدن لکه های نویزی در نواحی هموار و غیرطبیعی به نظر رسیدن آن ها می شود. در نتیجه در این پایان نامه طی رویکردی غیرمستقیم برای کنترل میزان افزایش کنتراست و آثار نامطلوب آن دو راهکار پیشنهاد شده است. در روش نخست به کمک اطلاعات محلی توزیع سطوح خاکستری که از روی هیستوگرام دوبعدی به دست می آید طی یک مساله بهینه سازی مناسب به اصلاح هیستوگرام تصویر می پردازیم. در روش دوم، با ارایه تفسیر دیگری از مساله اصلاح هیستوگرام طی یک مساله بهینه سازی بازنویسی شده، هیستوگرام تصویر بهبود یافته را به طور هم زمان به هیستوگرام اصلی تصویر و توزیع یکنواخت نزدیک می کنیم. نتیجه ی آزمایش ها بر روی تصویرهای گوناگون کارایی مناسب روش های پیشنهادی را نشان می دهد.