diff --git a/modules/core/src/arithm.cpp b/modules/core/src/arithm.cpp
index 4058856fff..00194b628f 100644
--- a/modules/core/src/arithm.cpp
+++ b/modules/core/src/arithm.cpp
@@ -1562,10 +1562,12 @@ void cv::subtract( InputArray _src1, InputArray _src2, OutputArray _dst,
     bool src1Scalar = checkScalar(src1, _src2.type(), kind1, kind2);
     bool src2Scalar = checkScalar(src2, _src1.type(), kind2, kind1);
 
-    if (!src1Scalar && !src2Scalar && mask.empty() &&
-        src1.depth() == CV_8U && src2.depth() == CV_8U)
+    if (!src1Scalar && !src2Scalar &&
+        src1.depth() == CV_8U && src2.type() == src1.type() &&
+        src1.dims == 2 && src2.size() == src1.size() &&
+        mask.empty())
     {
-        if (dtype == -1)
+        if (dtype < 0)
         {
             if (_dst.fixedType())
             {
@@ -1577,11 +1579,11 @@ void cv::subtract( InputArray _src1, InputArray _src2, OutputArray _dst,
             }
         }
 
-        dtype = CV_MAKE_TYPE(CV_MAT_DEPTH(dtype), _src1.channels());
+        dtype = CV_MAT_DEPTH(dtype);
 
-        if (dtype == _dst.type())
+        if (!_dst.fixedType() || dtype == _dst.depth())
         {
-            _dst.create(_src1.size(), dtype);
+            _dst.create(src1.size(), CV_MAKE_TYPE(dtype, src1.channels()));
 
             if (dtype == CV_16S)
             {
diff --git a/modules/core/test/test_arithm.cpp b/modules/core/test/test_arithm.cpp
index 68b06267b2..f3faa57fce 100644
--- a/modules/core/test/test_arithm.cpp
+++ b/modules/core/test/test_arithm.cpp
@@ -1580,21 +1580,215 @@ TEST_P(Mul1, One)
 
 INSTANTIATE_TEST_CASE_P(Arithm, Mul1, testing::Values(Size(2, 2), Size(1, 1)));
 
-TEST(Subtract, EmptyOutputMat)
+class SubtractOutputMatNotEmpty : public testing::TestWithParam< std::tr1::tuple<cv::Size, perf::MatType, perf::MatDepth, bool> >
 {
-    cv::Mat src1 = cv::Mat::zeros(16, 16, CV_8UC1);
-    cv::Mat src2 = cv::Mat::zeros(16, 16, CV_8UC1);
-    cv::Mat dst1, dst2, dst3;
+public:
+    cv::Size size;
+    int src_type;
+    int dst_depth;
+    bool fixed;
 
-    cv::subtract(src1, src2, dst1, cv::noArray(), CV_16S);
-    cv::subtract(src1, src2, dst2);
-    cv::subtract(src1, cv::Scalar::all(0), dst3, cv::noArray(), CV_16S);
+    void SetUp()
+    {
+        size = std::tr1::get<0>(GetParam());
+        src_type = std::tr1::get<1>(GetParam());
+        dst_depth = std::tr1::get<2>(GetParam());
+        fixed = std::tr1::get<3>(GetParam());
+    }
+};
 
-    ASSERT_FALSE(dst1.empty());
-    ASSERT_FALSE(dst2.empty());
-    ASSERT_FALSE(dst3.empty());
+TEST_P(SubtractOutputMatNotEmpty, Mat_Mat)
+{
+    cv::Mat src1(size, src_type, cv::Scalar::all(16));
+    cv::Mat src2(size, src_type, cv::Scalar::all(16));
 
-    ASSERT_EQ(0, cv::countNonZero(dst1));
-    ASSERT_EQ(0, cv::countNonZero(dst2));
-    ASSERT_EQ(0, cv::countNonZero(dst3));
+    cv::Mat dst;
+
+    if (!fixed)
+    {
+        cv::subtract(src1, src2, dst, cv::noArray(), dst_depth);
+    }
+    else
+    {
+        const cv::Mat fixed_dst(size, CV_MAKE_TYPE((dst_depth > 0 ? dst_depth : CV_16S), src1.channels()));
+        cv::subtract(src1, src2, fixed_dst, cv::noArray(), dst_depth);
+        dst = fixed_dst;
+        dst_depth = fixed_dst.depth();
+    }
+
+    ASSERT_FALSE(dst.empty());
+    ASSERT_EQ(src1.size(), dst.size());
+    ASSERT_EQ(dst_depth > 0 ? dst_depth : src1.depth(), dst.depth());
+    ASSERT_EQ(0, cv::countNonZero(dst.reshape(1)));
 }
+
+TEST_P(SubtractOutputMatNotEmpty, Mat_Mat_WithMask)
+{
+    cv::Mat src1(size, src_type, cv::Scalar::all(16));
+    cv::Mat src2(size, src_type, cv::Scalar::all(16));
+    cv::Mat mask(size, CV_8UC1, cv::Scalar::all(255));
+
+    cv::Mat dst;
+
+    if (!fixed)
+    {
+        cv::subtract(src1, src2, dst, mask, dst_depth);
+    }
+    else
+    {
+        const cv::Mat fixed_dst(size, CV_MAKE_TYPE((dst_depth > 0 ? dst_depth : CV_16S), src1.channels()));
+        cv::subtract(src1, src2, fixed_dst, mask, dst_depth);
+        dst = fixed_dst;
+        dst_depth = fixed_dst.depth();
+    }
+
+    ASSERT_FALSE(dst.empty());
+    ASSERT_EQ(src1.size(), dst.size());
+    ASSERT_EQ(dst_depth > 0 ? dst_depth : src1.depth(), dst.depth());
+    ASSERT_EQ(0, cv::countNonZero(dst.reshape(1)));
+}
+
+TEST_P(SubtractOutputMatNotEmpty, Mat_Mat_Expr)
+{
+    cv::Mat src1(size, src_type, cv::Scalar::all(16));
+    cv::Mat src2(size, src_type, cv::Scalar::all(16));
+
+    cv::Mat dst = src1 - src2;
+
+    ASSERT_FALSE(dst.empty());
+    ASSERT_EQ(src1.size(), dst.size());
+    ASSERT_EQ(src1.depth(), dst.depth());
+    ASSERT_EQ(0, cv::countNonZero(dst.reshape(1)));
+}
+
+TEST_P(SubtractOutputMatNotEmpty, Mat_Scalar)
+{
+    cv::Mat src(size, src_type, cv::Scalar::all(16));
+
+    cv::Mat dst;
+
+    if (!fixed)
+    {
+        cv::subtract(src, cv::Scalar::all(16), dst, cv::noArray(), dst_depth);
+    }
+    else
+    {
+        const cv::Mat fixed_dst(size, CV_MAKE_TYPE((dst_depth > 0 ? dst_depth : CV_16S), src.channels()));
+        cv::subtract(src, cv::Scalar::all(16), fixed_dst, cv::noArray(), dst_depth);
+        dst = fixed_dst;
+        dst_depth = fixed_dst.depth();
+    }
+
+    ASSERT_FALSE(dst.empty());
+    ASSERT_EQ(src.size(), dst.size());
+    ASSERT_EQ(dst_depth > 0 ? dst_depth : src.depth(), dst.depth());
+    ASSERT_EQ(0, cv::countNonZero(dst.reshape(1)));
+}
+
+TEST_P(SubtractOutputMatNotEmpty, Mat_Scalar_WithMask)
+{
+    cv::Mat src(size, src_type, cv::Scalar::all(16));
+    cv::Mat mask(size, CV_8UC1, cv::Scalar::all(255));
+
+    cv::Mat dst;
+
+    if (!fixed)
+    {
+        cv::subtract(src, cv::Scalar::all(16), dst, mask, dst_depth);
+    }
+    else
+    {
+        const cv::Mat fixed_dst(size, CV_MAKE_TYPE((dst_depth > 0 ? dst_depth : CV_16S), src.channels()));
+        cv::subtract(src, cv::Scalar::all(16), fixed_dst, mask, dst_depth);
+        dst = fixed_dst;
+        dst_depth = fixed_dst.depth();
+    }
+
+    ASSERT_FALSE(dst.empty());
+    ASSERT_EQ(src.size(), dst.size());
+    ASSERT_EQ(dst_depth > 0 ? dst_depth : src.depth(), dst.depth());
+    ASSERT_EQ(0, cv::countNonZero(dst.reshape(1)));
+}
+
+TEST_P(SubtractOutputMatNotEmpty, Scalar_Mat)
+{
+    cv::Mat src(size, src_type, cv::Scalar::all(16));
+
+    cv::Mat dst;
+
+    if (!fixed)
+    {
+        cv::subtract(cv::Scalar::all(16), src, dst, cv::noArray(), dst_depth);
+    }
+    else
+    {
+        const cv::Mat fixed_dst(size, CV_MAKE_TYPE((dst_depth > 0 ? dst_depth : CV_16S), src.channels()));
+        cv::subtract(cv::Scalar::all(16), src, fixed_dst, cv::noArray(), dst_depth);
+        dst = fixed_dst;
+        dst_depth = fixed_dst.depth();
+    }
+
+    ASSERT_FALSE(dst.empty());
+    ASSERT_EQ(src.size(), dst.size());
+    ASSERT_EQ(dst_depth > 0 ? dst_depth : src.depth(), dst.depth());
+    ASSERT_EQ(0, cv::countNonZero(dst.reshape(1)));
+}
+
+TEST_P(SubtractOutputMatNotEmpty, Scalar_Mat_WithMask)
+{
+    cv::Mat src(size, src_type, cv::Scalar::all(16));
+    cv::Mat mask(size, CV_8UC1, cv::Scalar::all(255));
+
+    cv::Mat dst;
+
+    if (!fixed)
+    {
+        cv::subtract(cv::Scalar::all(16), src, dst, mask, dst_depth);
+    }
+    else
+    {
+        const cv::Mat fixed_dst(size, CV_MAKE_TYPE((dst_depth > 0 ? dst_depth : CV_16S), src.channels()));
+        cv::subtract(cv::Scalar::all(16), src, fixed_dst, mask, dst_depth);
+        dst = fixed_dst;
+        dst_depth = fixed_dst.depth();
+    }
+
+    ASSERT_FALSE(dst.empty());
+    ASSERT_EQ(src.size(), dst.size());
+    ASSERT_EQ(dst_depth > 0 ? dst_depth : src.depth(), dst.depth());
+    ASSERT_EQ(0, cv::countNonZero(dst.reshape(1)));
+}
+
+TEST_P(SubtractOutputMatNotEmpty, Mat_Mat_3d)
+{
+    int dims[] = {5, size.height, size.width};
+
+    cv::Mat src1(3, dims, src_type, cv::Scalar::all(16));
+    cv::Mat src2(3, dims, src_type, cv::Scalar::all(16));
+
+    cv::Mat dst;
+
+    if (!fixed)
+    {
+        cv::subtract(src1, src2, dst, cv::noArray(), dst_depth);
+    }
+    else
+    {
+        const cv::Mat fixed_dst(3, dims, CV_MAKE_TYPE((dst_depth > 0 ? dst_depth : CV_16S), src1.channels()));
+        cv::subtract(src1, src2, fixed_dst, cv::noArray(), dst_depth);
+        dst = fixed_dst;
+        dst_depth = fixed_dst.depth();
+    }
+
+    ASSERT_FALSE(dst.empty());
+    ASSERT_EQ(src1.dims, dst.dims);
+    ASSERT_EQ(src1.size, dst.size);
+    ASSERT_EQ(dst_depth > 0 ? dst_depth : src1.depth(), dst.depth());
+    ASSERT_EQ(0, cv::countNonZero(dst.reshape(1)));
+}
+
+INSTANTIATE_TEST_CASE_P(Arithm, SubtractOutputMatNotEmpty, testing::Combine(
+    testing::Values(cv::Size(16, 16), cv::Size(13, 13), cv::Size(16, 13), cv::Size(13, 16)),
+    testing::Values(perf::MatType(CV_8UC1), CV_8UC3, CV_8UC4, CV_16SC1, CV_16SC3),
+    testing::Values(-1, CV_16S, CV_32S, CV_32F),
+    testing::Bool()));