Gamma的起源

人们使用伽马曲线来进行显示最开始是源于一个巧合：在早期，CRT几乎是唯一的显示设备。但CRT有个特性，它的输入电压和显示出来的亮度关系不是线性的，而是一个类似幂律（pow-law）曲线的关系，而这个关系又恰好跟人眼对光的敏感度是相反的。这个巧合意味着，虽然CRT显示关系是非线性的，但对人类来说感知上很可能是一致的。

CRT显示机制

我来详细地解释一下这个事件：早期，全世界都在使用一种叫CRT的显示设备。这类设备的显示机制是，使用一个电压轰击它屏幕上的一种图层，这个图层就可以发亮，我们就可以看到图像了。但是，人们发现，咦，如果把电压调高两倍，屏幕亮度并没有提高两倍啊！典型的CRT显示器的伽马曲线大致是一个伽马值为2.5的幂律曲线。显示器的这类伽马也称为display gamma。由于这个问题的存在，那么图像捕捉设备就需要进行一个伽马校正，它们使用的伽马叫做encoding gamma。所以，一个完整的图像系统需要2个伽马值：

• encoding gamma：它描述了encoding transfer function，即图像设备捕捉到的场景亮度值（scene radiance values）和编码的像素值（encoded pixel values）之间的关系。
• display gamma：它描述了display transfer function，即编码的像素值和显示的亮度（displayed radiance）之间的关系。

如图1所示：

图1：encoding gamma and display gamma

而encoding gamma和display gamma的乘积就是真个图像系统的end-to-end gamma。如果这个乘积是1，那么显示出来的亮度就是和捕捉到的真实场景的亮度是成比例的。

曲线补偿

图2：CRT显示器的亮度响应曲线图

图2显示的是一般CRT显示器的亮度响应曲线，可以看到其输入电压提高一倍，亮度输出并不是提高一倍，而是接近于两倍，显然这样输出的图像同原来的图像相比就发生了输出亮化的现象，也就是说未经过Gamma矫正的CRT显示器其Gamma值是小于1的。

没有经过Gamma矫正的设备会影响最终输出图像的颜色亮度，比如一种颜色由红色和绿色组成，红色的亮度为50%，绿色的亮度为25%，如果一个未经过Gamma矫正的CRT显示器的Gamma值是2.5，那么输出结果的亮度将分别为18%和3%，其亮度大大的降低了。

图3: 按图进行曲线补偿

为了补偿这方面的不足，我们需要使用反效果补偿曲线来让显示器尽可能地输出同输入图像相同的图像，所以这个时候显示器的输入信号应该按照图3所示的曲线进行补偿，这样才能在显示器上得到比较理想的输出结果。

图4: 理想状态下的曲线