グレースケールのエントロピーは entropy 関数. 範囲を指定しての局所的なエントロピーは entropyfilt 関数 で求められそうです。どちらも、Image Processing Toolbox の関数です。
entropyfilt 関数はデフォルトで、9行9列近傍のエントロピー値を計算しますが、3x3x3ですと、
entropyfilt(I3D, true(3,3,3));
となります。(例えば I3D は 100x100x100 の配列とします) ただ、同じ値が集まっていればいるほど低い値となりますが、用途に合っていますか？
また、３次元画像の事前指定した範囲内の平均値を求める関数として imboxfilt3 関数 があります。グレースケール画像ですと局所的な平均輝度（白ほど高い値）が求まりますが、ryoya suzuki さんのおっしゃる密度の定義とは逆ですが、算出に応用できるかと思うので紹介しますね。
