伽馬校正

現實世界中幾乎所有的CRT顯示設備、攝影膠片和許多電子照相機的光電轉換特性都是非線性的。這些非線性部件的輸出與輸入之間的關係（例如，電子攝像機的輸出電壓與場景中光強度的關係，CRT發射的光的強度與輸入電壓的關係）可以用一個冪函數來表示，它的一般形式是：

輸出=(輸入)γ

式中的γ (gamma)是冪函數的指數，它用來衡量非線性部件的轉換特性。這種特性稱為冪-律(power-law)轉換特性。按照慣例，“輸入”和“輸出”都縮放到0～1之間。其中，0表示黑電平，1表示顏色分量的最高電平。對於特定的部件，人們可以度量它的輸入與輸出之間的函數關係，從而找出γ值。

實際的圖像系統是由多個部件組成的，這些部件中可能會有幾個非線性部件。如果所有部件都有冪函數的轉換特性，那麼整個系統的傳遞函數就是一個冪函數，它的指數γ 等於所有單個部件的g 的乘積。如果圖像系統的整個γ =1，輸出與輸入就成線性關係。這就意味在重現圖像中任何兩個圖像區域的強度之比率與原始場景的兩個區域的強度之比率相同，這似乎是圖像系統所追求的目標：真實地再現原始場景。但實際情況卻不完全是這樣。

當這種再生圖像在“明亮環境”下，也就是在其他白色物體的亮度與圖像中白色部分的亮度幾乎相同的環境下觀看時，γ =1的系統的確可使圖像看起來像“原始場景”一樣。但是某些圖像有時在“黑暗環境”下觀看所獲得的效果會更好，放映電影和投影幻燈片就屬於這種情況。在這種情況下，γ 值不是等於1而通常認為g »1.5，人的視角系統所看到的場景就好像是“原始場景”。根據這種觀點，投影幻燈片的γ 值就設計為1.5左右，而不是1。

還有一種環境稱為中間環境的“暗淡環境”，這種環境就像房間中的其他東西能夠看到，但比圖像中白色部分的亮度更暗。看電視的環境和計算機房的環境就屬於這種情況。在這種情況下，通常認為再現圖像需要γ »1.25才能看起來像“原始場景”。

所有CRT顯示設備都有冪-律轉換特性，如果生產廠家不加說明，那麼它的γ 值大約等於2.5。用戶對發光的磷光材料的特性可能無能為力去改變，因而也很難改變它的γ值。為使整個系統的γ 值接近於使用所要求的γ 值，起碼就要有一個能夠提供γ 校正的非線性部件，用來補償CRT的非線性特性。

在所有廣播電視系統中，γ 校正是在攝像機中完成的。最初的NTSC電視標準需要攝像機具有γ =1/2.2=0.45的冪函數，採納γ=0.5的冪函數。PAL和SECAM電視標準指定攝像機需要具有γ =1/2.8=0.36的冪函數，但這個數值已顯得太小，因此實際的攝像機很可能會設置成γ =0.45或者0.5。使用這種攝像機得到的圖像就預先做了校正，在γ =2.5的CRT屏幕上顯示圖像時，屏幕圖像相對於原始場景的γ 大約等於1.25。這個值適合“暗淡環境”下觀看。

過去的時代是“模擬時代”，而今已進入“數字時代”，進入計算機的電視圖像依然帶有γ =0.5的校正，這一點可不要忘記。雖然帶有γ 值的電視在數字時代工作得很好，尤其是在特定環境下創建的圖像在相同環境下工作。可是在其他環境下工作時，往往會使顯示的圖像讓人看起來顯得太亮或者太暗，因此在可能條件下就要做γ 校正。

在什麼地方做γ 校正是人們所關心的問題。從獲取圖像、存儲成圖像文件、讀出圖像文件直到在某種類型的顯示屏幕上顯示圖像，這些個環節中至少有5個地方可有非線性轉換函數存在並可引入γ 值。例如：

camera_gamma：攝像機中圖像感測器的γ (通常γ =0.4或者0.5)

encoding_gamma：編碼器編碼圖像文件時引入γ

decoding_gamma ：解碼器讀圖像文件時引入γ

LUT_gamma：圖像幀緩存查找表中引入γ

CRT_gamma：CRT的γ (通常g =2.5)

在數字圖像顯示系統中，由於要顯示的圖像不一定就是攝像機來的圖像，假設這種圖像的γ 值等於1，如果encoding_gamma=0.5，CRT_gamma=2.5和decoding_gamma，LUT_gamma都為1.0時，整個系統的γ 就近似等於1.25。

根據上面的分析，為了在不同環境下觀看到“原始場景”可在適當的地方加入γ 校正。