了解伽馬(GAMMA、伽馬值、光度、灰度系數(shù))

1、了解伽馬（GAMMA、伽馬值、光度、灰度系數(shù)）來源：pconline 日期：2007-08-26 00:05一. 在哪見過、聽說過Gamma？ * 還用說，Adobe Gamma* 常聽說MAC的默認(rèn)Gamma是1.8，PC的是2.2* 我的顯卡驅(qū)動程序里有Gamma調(diào)節(jié)* 我下載了一個軟件，也可以調(diào)節(jié)顯示器的Gamma* WinDVD播放器帶Gamma校正功能* ACDSEE的曝光調(diào)節(jié)里可以調(diào)Gamma* ACDSEE的選項中有Enable Gamma Correction* XV Viewer 能以參數(shù)-gamma 2.2 啟動（x window也可以）* PNG文件里有Gamm

2、a校正* Photoshop里當(dāng)然也有* ICC Profile也和Gamma有關(guān)？* 攝像頭、數(shù)碼相機(jī)、掃描儀？膠片？中也有提到Gamma的 這些都是怎么回事？推薦精選圖：顯卡（驅(qū)動程序）上的Gamma設(shè)置圖：ACDSEE中的曝光調(diào)節(jié)推薦精選二. 什么是Gamma？2.1. 顯示器Gamma曲線Gamma可能源于CRT（顯示器/電視機(jī)）的響應(yīng)曲線，即其亮度與輸入電壓的非線性關(guān)系。圖：一典型顯示器 的響應(yīng)曲線，非常接近指數(shù)函數(shù) (說明：上圖中輸入值為數(shù)字化的，即通常的RGB值，但可以理解數(shù)/模轉(zhuǎn)換是線性的，所以它和輸入電壓是等效的)歸一化后，我們通?？梢杂靡缓唵蔚暮瘮?shù)來表示：output =

3、input gammagamma就是指數(shù)函數(shù)中的冪。推薦精選圖：歸一化的Gamma曲線注意上圖曲線的一些特性：* 端點是不變的，即不管gamma值如何變化，0對應(yīng)的輸出始終是0，1的輸出始終是1（這一特性會被用到）。這可能是gamma又被叫作“灰度”系數(shù)的原因吧。* gamma > 1時，曲線在gamma=1斜線的下方；反之則在上方。另外說明一下，雖然是以顯示器作為例子，但可擴(kuò)展到一般的圖像相關(guān)的輸入/輸出設(shè)備。Gamma曲線應(yīng)該是普遍存在的，即使它不是嚴(yán)格的指數(shù)關(guān)系，可能還是會這么通稱。至少我知道的數(shù)碼機(jī)機(jī)/攝像頭里的sensor也存在gamma曲線及gamma校正。2.2. 檢查顯示

4、系統(tǒng)的Gamma值在PC上，好像還沒有什么軟件方法可以得到系統(tǒng)的Gamma值（4.1會說明這一點）。有人做了一些圖片，可以粗略估計。其原理和Adobe Gamma類似。推薦精選推薦精選圖：Gamma對照圖使用方法：與Adobe Gamma類似，即瞇著眼，或站遠(yuǎn)點，或近視眼取下眼鏡，總之當(dāng)左邊糊成一片，而右邊某欄的亮度和左邊相當(dāng)時。注意：如果您沒有做任何Gamma校正（沒有使用Adobe Gamma之類的軟件，或雖使用了但校正系數(shù)設(shè)為1.0），測得的才是顯示器的Gamma，否則只能稱為系統(tǒng)Gamma（或復(fù)合Gamma）。如筆者的ACER AL1916W的GAMA值為2.0左右。另外，通過顯示器自

5、帶的ICC Profile是可以知道顯示器的Gamma的，這個應(yīng)該比較準(zhǔn)。三. 什么是Gamma校正？從一個數(shù)字化的圖片文件，到我們最終看到的圖片，中間要經(jīng)過許多環(huán)節(jié)。幾乎在任何一個環(huán)節(jié)上，都可以加入一些變換，以改變最終輸出和最初輸入的關(guān)系（類似的，這種關(guān)系被稱作系統(tǒng)Gamma或復(fù)合Gamma）。比如，對gamma=2.5的顯示器，在數(shù)據(jù)傳遞到顯示器之前，將其做一個gamma=0.4的變換（比如對顯卡緩存中的數(shù)據(jù)，d = d 0.4），這樣就能從總體上得到一個線性的關(guān)系。注意這里有一點混亂。通常我們說做一個gamma=c的校正，意思是指做output = input (1/c)的變換。有一個倒

6、數(shù)關(guān)系。圖：Gamma校正示意圖對于PC，顯示器的Gamma是2.2左右（可能以前更多的是2.5，現(xiàn)在好像趨向2.2了），一般沒有內(nèi)置的校正，所以我們說Adobe Gamma對Windows系統(tǒng)默認(rèn)的校正系數(shù)2.2。對于MAC，顯示器的Gamma是2.5，硬件內(nèi)置了1.4的校正，推薦精選所以它還需要2.5/1.4=1.8的校正才成為線性的。下文對各種系統(tǒng)下的gamma校正過程有更詳細(xì)的說明。四. Gamma校正可能發(fā)生在哪里4.1. 系統(tǒng)級（硬件、操作系統(tǒng)）顯示器內(nèi)沒有聽說過有何補償，即使有，它們也對外呈現(xiàn)一定的gamma值。主要的補償發(fā)生在顯卡及其驅(qū)動程序類。如果顯卡硬件不支持，則由驅(qū)動程序

7、軟件完成。在Windows中，上層通過調(diào)用驅(qū)動程序的一個接口函數(shù)（DrvIcmSetDeviceGammaRamp）向其傳遞Gamma校正表（LUT），這個表的大小是3*256項（每項16字節(jié)），對應(yīng)于RGB三個通道，每個通道256級。描述這一細(xì)節(jié)，可以對有些事情更有把握：* 這種校正實際上可以是任意函數(shù)，而不限于gamma為冪的指數(shù)函數(shù)。* 也是因為此，不能通過驅(qū)動程序得到系統(tǒng)的gamma值（因為最多只能得到那個表）。* 這一設(shè)置對整個系統(tǒng)有效（任何程序，任意顯示的圖片都受它影響）。以前我一直不明白Adobe Gamma和驅(qū)動程序的Gamma是什么關(guān)系，它們一起出現(xiàn)就不知所措。還有人說它們是

8、共同作用的。現(xiàn)在我完全明白了，沒有迭加關(guān)系，最后者的設(shè)置有效。而且，Adobe Gamma也不必是（實際上也不是）一個駐留程序，它僅在啟動時將那個表傳給驅(qū)動程序就完成了它的任務(wù)。還可以用其它程序來校正/設(shè)置gamma，下面是一個方便的小工具：Gamma Panel。（查看本文中的圖片，需要經(jīng)常改變gamma，最好下一個，F(xiàn)ree的。）推薦精選圖：Gamma Panel，一個校正系統(tǒng)Gamma的小工具4.2. 應(yīng)用程序級如前提到的，某些播放軟件有Gamma校正功能，ACDSEE也有。這時，它們不是修改系統(tǒng)的Gamma校正表，而是在解碼時對當(dāng)前幀/圖像作了實時的Gamma變換。圖：ACDSEE瀏覽

9、圖片時可加載Gamma校正功能推薦精選圖中左邊是由IE打開的同一圖片（無Gamma校正），可以看出它們的亮度不同。（不過，黑框和白邊是相同的。） 4.3. 文件級如前面提到的（圖 1-2 ACDSEE中的曝光調(diào)節(jié)），某些圖像處理軟件可以調(diào)整文件的Gamma，這種調(diào)整的結(jié)果將寫入文件（即相當(dāng)于對圖像進(jìn)行某種處理）。比如，當(dāng)你的PC未進(jìn)行Gamma校正（你的系統(tǒng)Gamma=顯示器的Gamma約2.2），這時你可以把文件的Gamma調(diào)為2.2保存，你以及其它未校正系統(tǒng)Gamma的PC用戶看到的這個圖片應(yīng)是正好的。（注意，這里有一個前提即原始圖片在Gamma=1的系統(tǒng)上看是“正好”的。另一種方式則是將

10、Gamma校正的系數(shù)寫入文件內(nèi)，而不改變文件內(nèi)容，而瀏覽/處理軟件在解碼這一圖像時會依據(jù)這一參數(shù)對它單獨進(jìn)行Gamma校正。（這被稱作“文件Gamma”。PNG格式支持）總之，不管Gamma校正發(fā)生在哪一環(huán)節(jié)，它們是等效的（在理想情況下/或近似地看）。明白在哪些環(huán)節(jié)Gamma發(fā)生了怎樣的變化，然后做一些乘除法就可以了。五. 改變Gamma帶來的影響 5.1. 影調(diào)的變化通常的感覺是，系統(tǒng)gamma高，圖像會發(fā)暗，而校正后，畫面變亮。觀察下列圖片。兩個對應(yīng)的File Gamma=2.5的圖片是為了模擬系統(tǒng)Gamma的變化?；蛘咭部梢杂肎amma Panel之類的工具，將Gamma校正系數(shù)設(shè)為1.

11、02.5觀察（每組中的第1個圖片)。圖 灰度圖0-128, File Gamma=1.0推薦精選圖 灰度圖0-128, File Gamma=2.5 圖 灰度圖128-255, File Gamma=1.0圖 灰度圖128-255, File Gamma=2.5圖：很直觀的調(diào)整Gamma值的例子 結(jié)論：* 當(dāng)系統(tǒng)Gamma高（Gamma校正=1.0）時，看到的圖像暗部影調(diào)豐富；反之，則亮部豐富。推薦精選* Gamma校正設(shè)為2.5時看到的File Gamma=2.5的圖片，和校正設(shè)為1.0時看到的File Gamma=1.0的圖片相當(dāng)。5.2. 顏色的變化很顯然，Gamma的變化帶來亮度的變化

12、。而單獨改變某個通道的Gamma，則會則會帶來色調(diào)（Hue）的變化。Gamma Correction = 1.0 Gamma Correction = 2.5Source Output Source OutputR 80% R 57% R 80% R 80%G 20% G 0% G 20% G 20%B 20% B 0% B 20% B 20%當(dāng)然，如果顯示器本來就偏色，我們則可以改變某個通道的Gamma使其總體上保持均衡。5.3. 其它其它影響在后面有說明或提及。六. 校正Gamma的理由主要指是否要將系統(tǒng)Gamma校正到1.0。因為校正總是存在的。（下同）6.1. 標(biāo)準(zhǔn)化及互換性如果數(shù)碼相

13、機(jī)/掃描儀給你一個Gamma=1.0的圖片，你最好是在系統(tǒng)Gamma=1.0的系統(tǒng)上查看；或者當(dāng)你的數(shù)碼圖片要拿去輸出時，對方系統(tǒng)Gamma=1.0；（這部分涉及到色彩空間、ICC Profile，我還不太清楚，而且接觸的設(shè)備非常有限，不多說了。）6.2. 算法上的要求推薦精選在涉及不同灰度的混合時，就會對gamma有要求。一個簡單的例子，考慮在填充時，一半的黑（0）+一半的白（255），效果應(yīng)該和50%的灰（128）相同。但這僅在系統(tǒng)gamma=1.0時成立。又如，彩色轉(zhuǎn)黑白時常說的：30% R + 59% G + 11% B，也是針對gamma=1.0而言。同樣，許多算法也是針對1.0的系

14、統(tǒng)gamma，否則算法內(nèi)要做gamma校正。下面是一個抗距齒（anti-alias，反走樣）的例子。圖： 通常情況下的邊緣由于只能在矩形的點陣中畫斜線，而斜線的像素值為全黑，當(dāng)斜線較陡（或平）時，就會有明顯的鋸齒感。圖：采用anti-alias后，鋸齒感沒有那么明顯了在Photoshop中放大查看此圖片，就會發(fā)現(xiàn)邊緣不是全黑的，而是漸變的。（這是對anti-alias的直觀理解。）注：不要用ACDSEE放大查看，它默認(rèn)的放大算法是插值的，無法看清像素的原貌。推薦精選圖：anti-alias并gamma校正后，鋸齒感完全消失當(dāng)然，如果你保持系統(tǒng)gamma=1.0去查看上面的圖片，就會發(fā)現(xiàn)第2張圖

15、完全無鋸齒感，第3張圖反而有一點。（這不是也可以作為一種估計系統(tǒng)gamma的方法嗎）七. 不校正Gamma的理由 7.1. 現(xiàn)實的非標(biāo)準(zhǔn)化假定你的圖片作為Web發(fā)布，你的用戶（觀眾）的系統(tǒng)Gamma會是1.0嗎？即使可以假定色影無忌的泡菜會用Adobe Gamma將他們的系統(tǒng)Gamma校正到1.0左右，但絕大多數(shù)普通用戶呢？在接觸到Photoshop前，我是不知道什么Gamma的。也許只能折衷吧。（MAC通過硬件只校正到1.8，SGI只校正到1.4，不知道有沒有這方面的原因。）Making Good Cross Platform And WWW Pictures 而我們整天面對的操作系統(tǒng)，它默

16、認(rèn)用戶界面的設(shè)計，又是以什么系統(tǒng)Gamma值為前提的呢？似乎設(shè)為1.0并不是最舒服的。推薦精選PNG文件格式提供了Gamma補償?shù)墓δ埽]有流行起來，因為人們不知道他們的系統(tǒng)Gamma是多少（當(dāng)然還有別的原因）。相關(guān)新聞鏈接：The Sad Story of PNG Gamma “Correction”7.2. 更符合視覺特性就人的感知覺，心理量和物理量一般呈對數(shù)關(guān)系，視覺也不例外。雖然這個對數(shù)關(guān)系和那個指數(shù)關(guān)系并不嚴(yán)格對應(yīng)，但方向上是一致的。即越暗處感覺越細(xì)（對同等光強(qiáng)的變化，暗處比亮處敏感），而對于（未校正的）顯示器gamma曲線（gamma值大于1），也是暗處對應(yīng)的層次更多。比如對g

17、amma=2，以一半的光強(qiáng)為分界，0182對應(yīng)于暗的一半，182255對應(yīng)于亮的一半。7.3. 可能導(dǎo)致顏色數(shù)的減少這是由于數(shù)字量的舍入誤差造成的。輸入數(shù)據(jù)按通常的每通道8位計算，當(dāng)顯卡（DAC）精度只有8位時就會發(fā)生。x = 0:255; y = uint8(x / 255) . gamma * 255); n = histc(y, x); count = sum(n>0)當(dāng)gamma=2（或0.5）時，結(jié)果count=192，即256色變?yōu)榱?92色。若三通道Gamma值（校正系統(tǒng)）相同，則總共的顏色數(shù)為1923 = 707,788色，而24位色原本為16,777,216。當(dāng)然，對10bit, 12bit及更高位顯卡就不存在這個問題了。（以前一