一(yī)、曆史的(de)巧合
在(zài)早(zǎo)期(qī)介紹Gamma校(xiào)正的(de)文(wén)章中(zhōng)都是这(zhè)樣(yàng)说(shuō)的(de)：由(yóu)于(yú)CRT顯示器響應(yìng)曲線(xiàn)的(de)非(fēi)線(xiàn)性(xìng)關(guān)系(xì)，即亮度(dù)與(yǔ)輸入(rù)電(diàn)壓呈指數为(wèi)2.2的(de)幂函(hán)數關(guān)系(xì),如(rú)下(xià)图(tú)中(zhōng)實(shí)線(xiàn)所(suǒ)示。如(rú)果(guǒ)直(zhí)接將相機(jī)或(huò)攝像機(jī)采集到(dào)的(de)線(xiàn)性(xìng)图(tú)像輸入(rù)，图(tú)像就(jiù)会(huì)被(bèi)壓得很暗(àn)，因(yīn)此(cǐ)就(jiù)需要(yào)对(duì)輸入(rù)图(tú)像做一(yī)个(gè)與(yǔ)CRT響應(yìng)曲線(xiàn)相反的(de)校(xiào)正如(rú)下(xià)图(tú)中(zhōng)虛線(xiàn)所(suǒ)示，將图(tú)像提(tí)亮,使輸出(chū)與(yǔ)原图(tú)保持(chí)一(yī)致(zhì)，这(zhè)就(jiù)是图(tú)像的(de)Gamma校(xiào)正，Gamma值为(wèi)2.2。这(zhè)種(zhǒng)说(shuō)法在(zài)很长(cháng)一(yī)段(duàn)时(shí)間(jiān)內(nèi)被(bèi)視为(wèi)对(duì)Gamma校(xiào)正的(de)经典解(jiě)釋。
现在(zài)的(de)顯示器大(dà)多(duō)數用(yòng)的(de)是LCD，这(zhè)種(zhǒng)顯示器已不(bù)具備CRT这(zhè)樣(yàng)的(de)特(tè)性(xìng)，應(yìng)該说(shuō)可(kě)以(yǐ)不(bù)需要(yào)或(huò)者是用(yòng)另(lìng)外(wài)的(de)参數来(lái)做Gamma校(xiào)正。但是生(shēng)产厂商还是通(tòng)过(guò)硬(yìng)件(jiàn)或(huò)软(ruǎn)件(jiàn)方(fāng)法使其(qí)保持(chí)有(yǒu)Gamma=2.2響應(yìng)曲線(xiàn)，也(yě)就(jiù)是说(shuō)輸入(rù)图(tú)像仍然需要(yào)做2.2的(de)Gamma校(xiào)正。这(zhè)是为(wèi)什(shén)么呢？原来(lái)輸入(rù)图(tú)像的(de)Gamma校(xiào)正不(bù)僅是为(wèi)了(le)補償CRT的(de)響應(yìng)曲線(xiàn)，更(gèng)重(zhòng)要(yào)的(de)是能(néng)真(zhēn)實(shí)反映人(rén)眼(yǎn)对(duì)亮度(dù)感(gǎn)知的(de)特(tè)性(xìng)和(hé)合理(lǐ)分(fēn)配8位(wèi)图(tú)像的(de)階(jiē)值。这(zhè)个(gè)美(měi)妙的(de)曆史巧合一(yī)直(zhí)延續至(zhì)今。但是现在(zài)CRT顯示器已被(bèi)淘汰，再沿用(yòng)这(zhè)樣(yàng)的(de)解(jiě)釋就(jiù)会(huì)引起(qǐ)更(gèng)多(duō)的(de)混亂與(yǔ)矛盾，因(yīn)此(cǐ)有(yǒu)必要(yào)回(huí)歸到(dào)Gamma校(xiào)正的(de)真(zhēn)實(shí)意(yì)图(tú)。
二(èr)、人(rén)眼(yǎn)視覺與(yǔ)中(zhōng)灰色(sè)
人(rén)眼(yǎn)对(duì)亮度(dù)的(de)感(gǎn)知是非(fēi)線(xiàn)性(xìng)的(de)，也(yě)就(jiù)是感(gǎn)知與(yǔ)亮度(dù)的(de)增加不(bù)是成(chéng)正比的(de)，在(zài)一(yī)个(gè)小黑(hēi)屋(wū)中(zhōng)，當点燃第(dì)一(yī)支蜡(là)燭时(shí)会(huì)感(gǎn)受到(dào)亮度(dù)有(yǒu)很大(dà)提(tí)高(gāo)，如(rú)果(guǒ)已经点燃了(le)100支蜡(là)燭，再点燃第(dì)101支蜡(là)燭时(shí)感(gǎn)覺到(dào)亮度(dù)的(de)变化(huà)是很微小，盡管(guǎn)第(dì)101支蜡(là)燭與(yǔ)第(dì)一(yī)支蜡(là)燭对(duì)亮度(dù)的(de)贡獻是相同的(de)。總(zǒng)量(liàng)为(wèi)A，变化(huà)量(liàng)为(wèi)ΔA，人(rén)的(de)感(gǎn)覺取(qǔ)決于(yú)ΔA／A，而(ér)不(bù)是ΔA。相同的(de)ΔA，總(zǒng)量(liàng)越小感(gǎn)覺越明(míng)顯，也(yě)就(jiù)是在(zài)較暗(àn)的(de)环(huán)境下(xià)对(duì)亮度(dù)的(de)变化(huà)更(gèng)为(wèi)敏感(gǎn)。因(yīn)此(cǐ)在(zài)從黑(hēi)色(sè)到(dào)白(bái)色(sè)線(xiàn)性(xìng)分(fēn)佈的(de)色(sè)闆中(zhōng)，人(rén)眼(yǎn)感(gǎn)知到(dào)的(de)中(zhōng)灰色(sè)不(bù)在(zài)色(sè)闆中(zhōng)間(jiān)，而(ér)是在(zài)物(wù)理(lǐ)亮度(dù)为(wèi)白(bái)色(sè)的(de)20%左(zuǒ)右的(de)地(dì)方(fāng)，如(rú)下(xià)图(tú)所(suǒ)示。所(suǒ)以(yǐ)攝影用(yòng)的(de)灰卡(kǎ)稱为(wèi)18%灰，即为(wèi)白(bái)卡(kǎ)18%反射率。
三(sān)、8位(wèi)图(tú)像的(de)灰階(jiē)分(fēn)配
相機(jī)的(de)光電(diàn)傳感(gǎn)器是線(xiàn)性(xìng)元(yuán)件(jiàn)，将光的(de)強(qiáng)度(dù)線(xiàn)性(xìng)地(dì)轉(zhuǎn)換为(wèi)電(diàn)信(xìn)号(hào)，再通(tòng)过(guò)A-D轉(zhuǎn)換为(wèi)數字信(xìn)号(hào)，在(zài)8位(wèi)图(tú)像中(zhōng)就(jiù)是0－255（0为(wèi)黑(hēi)色(sè)，255为(wèi)白(bái)色(sè)），由(yóu)于(yú)是線(xiàn)性(xìng)分(fēn)佈，亮度(dù)为(wèi)20％白(bái)色(sè)的(de)值为(wèi)255x0.2=51。也(yě)就(jiù)是人(rén)眼(yǎn)感(gǎn)知到(dào)的(de)中(zhōng)灰色(sè)的(de)階(jiē)值为(wèi)51，由(yóu)此(cǐ)造成(chéng)了(le)亮區(qū)有(yǒu)205个(gè)階(jiē)值，而(ér)暗(àn)區(qū)只(zhī)有(yǒu)50个(gè)階(jiē)值，这(zhè)種(zhǒng)階(jiē)值分(fēn)配的(de)不(bù)均勻性(xìng)導致(zhì)亮區(qū)階(jiē)值的(de)浪費和(hé)暗(àn)區(qū)的(de)分(fēn)辨率很低(dī)。利用(yòng)Gamma=1/2.2校(xiào)正能(néng)将人(rén)眼(yǎn)感(gǎn)知到(dào)的(de)中(zhōng)灰色(sè)（即亮度(dù)为(wèi)20％白(bái)色(sè)）的(de)階(jiē)值提(tí)升(shēng)到(dào)128，則亮區(qū)與(yǔ)暗(àn)區(qū)階(jiē)值分(fēn)佈圴勻，各(gè)有(yǒu)128个(gè)灰階(jiē)，使图(tú)像的(de)分(fēn)辨率有(yǒu)明(míng)顯的(de)改善，如(rú)下(xià)图(tú)所(suǒ)示。这(zhè)就(jiù)是Gamma校(xiào)正的(de)真(zhēn)正意(yì)图(tú)。原来(lái)所(suǒ)说(shuō)的(de)Gamma校(xiào)正为(wèi)了(le)補償CRT的(de)響應(yìng)曲線(xiàn)是有(yǒu)些本(běn)末(mò)倒置，混淆了(le)問(wèn)題(tí)的(de)主(zhǔ)要(yào)矛盾。
四(sì)、不(bù)同階(jiē)段(duàn)的(de)Gamma校(xiào)正
一(yī)个(gè)簡單完整的(de)图(tú)像过(guò)程包(bāo)括图(tú)像采集、存儲傳輸、顯示輸出(chū)三(sān)个(gè)階(jiē)段(duàn)。在(zài)每个(gè)階(jiē)段(duàn)都可(kě)加入(rù)Gamma校(xiào)正。
图(tú)像采集階(jiē)段(duàn)以(yǐ)相機(jī)为(wèi)例，由(yóu)于(yú)傳感(gǎn)器是線(xiàn)性(xìng)元(yuán)件(jiàn)，拍攝所(suǒ)得的(de)原始(shǐ)數據(jù)都是線(xiàn)性(xìng)的(de)，即RAW文(wén)件(jiàn)中(zhōng)存放(fàng)的(de)是線(xiàn)性(xìng)數據(jù)。在(zài)轉(zhuǎn)換为(wèi)JPG的(de)过(guò)程中(zhōng)做Gamma校(xiào)正。根據(jù)顔色(sè)空(kōng)間(jiān)的(de)配置文(wén)件(jiàn)決定(dìng)校(xiào)正系(xì)數，SRGB和(hé)Adobe RGB都是Gamma=1/2.2。这(zhè)種(zhǒng)校(xiào)正有(yǒu)时(shí)也(yě)稱为(wèi)前(qián)期(qī)Gamma 校(xiào)正，該Gamma值也(yě)稱为(wèi)文(wén)件(jiàn)Gamma。
在(zài)存儲傳輸階(jiē)段(duàn)是图(tú)像过(guò)程的(de)中(zhōng)間(jiān)环(huán)节(jié)，Windows系(xì)統在(zài)对(duì)图(tú)像存儲和(hé)傳輸过(guò)程中(zhōng)一(yī)般不(bù)涉及(jí)Gamma校(xiào)正，但Apple系(xì)統在(zài)图(tú)像存儲傳輸中(zhōng)卻做了(le)1.4的(de)Gamma校(xiào)正。此(cǐ)外(wài)有(yǒu)些查看(kàn)及(jí)處(chù)理(lǐ)图(tú)像的(de)應(yìng)用(yòng)程序，如(rú)Acdsee在(zài)編輯图(tú)像时(shí)可(kě)以(yǐ)修改Gamma的(de)设置。Photoshop色(sè)階(jiē)命令中(zhōng)的(de)中(zhōng)間(jiān)滑块(kuài)就(jiù)是調节(jié)图(tú)像的(de)Gamma校(xiào)正。簡單的(de)图(tú)像查看(kàn)软(ruǎn)件(jiàn)一(yī)般都不(bù)提(tí)供Gamma校(xiào)正。
顯示輸出(chū)階(jiē)段(duàn)中(zhōng)主(zhǔ)要(yào)是顯示器固有(yǒu)的(de)響應(yìng)特(tè)性(xìng)及(jí)相應(yìng)的(de)驅動(dòng)程序将顯示器的(de)Gamma 设置为(wèi)某一(yī)固定(dìng)值，一(yī)般为(wèi)2.2。经常見(jiàn)到(dào)的(de)一(yī)些Gamma校(xiào)正软(ruǎn)件(jiàn)都是用(yòng)来(lái)調整顯示器最(zuì)終(zhōng)的(de)Gamma值。
在(zài)一(yī)个(gè)完整的(de)图(tú)像过(guò)程中(zhōng)，應(yìng)該使各(gè)个(gè)階(jiē)段(duàn)的(de)Gamma校(xiào)正生(shēng)成(chéng)最(zuì)終(zhōng)的(de)Gamma为(wèi)1，即各(gè)階(jiē)段(duàn)Gamma值的(de)乘積为(wèi)1。就(jiù)可(kě)使輸入(rù)與(yǔ)輸出(chū)的(de)图(tú)像保持(chí)一(yī)致(zhì)。
