了解伽马GAMMA、伽马值、光度、灰度系数

1、了解伽马（GAMMA、伽马值、光度、灰度系数） 来源：pconline 日期：2007-08-26 00:05 一.在哪见过、听说过Gamma * 还用说，Adobe Gamma *常听说MAC勺默认Gamm是1.8 , PC的是2.2 *我的显卡驱动程序里有Gamma节 *我下载了一个软件，也可以调节显示器的 Gamma * WinDVD播放器带Gamma正功能 * ACDSEE勺曝光调节里可以调Gamma * ACDSEE勺选项中有 Enable Gamma Correction * XV Viewer 能以参数-gamma 2.2启动（x window也可以） * PNG文件里有Gamm

2、a正 * Photoshop里当然也有 * ICC Profile 也和 GammW关？ *摄像头、数码相机、扫描仪？胶片？，中也有提到 Gamma 这些都是怎么回事? 图：显卡（驱动程序）上的 Gamma置 图：ACDSEE的曝光调节 二.什么是Gamma 2.1.显示器Gamma线 Gamma能源丁 CRT（显示器/电视机）的响应曲线，即其亮度与输入电压的 非线性关系。 Sony Mon i tor i/ncorr ected 顷y gjir2. & AH IDO IHi 2QB 2 I4 Input Ya Ju 图：一典型显示器 的响应曲线，非常接近指数函数 （说明：上图中输入值

3、为数字化的，即通常的RG曲，但可以理解数/模转换是线 性的，所以它和输入电压是等效的） 归一化后，我们通常可以用一简单的函数来表示： output = input A gamma Q4IEJP 已已 gu 口口gamm就是指数函数中的籍。 图：归一化的Gamma线 注意上图曲线的一些特性: *端点是不变的，即不管gamm.fi如何变化，0对应的输出始终是0, 1的 输出始终是1 （这一特性会被用到）。这可能是 gammed被叫作“灰度”系数的 原因吧 * gamma 1时，曲线在gamma=斜线的下方；反之则在上方。 另外说明一下，虽然是以显示器作为例子，但可扩展到一般的图像相关的输 入/输出

4、设备。Gamm曲线应该是普遍存在的，即使它不是严格的指数关系，可 能还是会这么通称。至少我知道的数码机机 /摄像头里的 曲线及gamm胶正 2.2.检查显示系统的Gamma 在PC上，好像还没有什么软件方法可以得到系统的 这一点）。有人做了一些图片，可以粗略估计。其原理和sensor 也存在 gamma Gamma (4.1会说明 Adobe Gamm*!似。 2 2 2 2 2 3 0246802468。图：Gamm对照图 使用方法：与AdobeGamma似，即眯着眼，或站远点，或近视眼取下眼镜， 总之当左边糊成一片，而右边某栏的亮度和左边相当时。 注意：如果您没有做任 何Gamm核正（没有

5、使用AdobeGamm击类的软件，或虽使用了但校正系数设为 1.0 ）,测得的才是显示器的Gamma否则只能称为系统Gamm或复合Gamn）a。 如笔者的ACER AL1916WJ GAM相为2.0左右。 另外，通过显示器自带的ICC Profile 是可以知道显示器的Gamm的，这个 应该比较准。 什么是Gamma正? 从一个数字化的图片文件，到我们最终看到的图片，中间要经过许多环节。 几乎在任何一个环节上，都可以加入一些变换，以改变最终输出和最初输入的关 系（类似的，这种关系被称作系统 Gamm或复合Gamn）a。 比如，对gamma=2.5的显示器，在数据传递到显示器之前，将其做一个 g

6、amma=0.那变换（比如对显卡缓存中的数据，d = d A 0.4 ）,这样就能从 总体上得到一个线性的关系。 注意这里有一点混乱。通常我们说做一个 gamma=（W校正，意思是指做 output = input A （1/c） 的变换。有一个倒数关系。 图：GammK正示意图 对丁 PC显小器的Gamm是2.2左右（可能以前更多的是2.5 ,现在好像趋 向2.2 了），一般没有内置的校正，所以我们说 AdobeGammM Windows系统默 认的校正系数2.2。对丁 MAC显示器的Gamma 2.5 ,硬件内置了 1.4的校正， 所以它还需要2.5/1.4=1.8 的校正才成为线性的。下

7、文对各种系统下的 gamma 校正过程有更详细的说明。 四.Gamma校正可能发生在哪里 4.1.系统级（硬件、操作系统） 显示器内没有听说过有何补偿，即使有，它们也对外呈现一定的 gamma!。 主要的补偿发生在显卡及其驱动程序类。 如果显卡硬件不支持，则由驱动程 序软件完成。在 Windows中，上层通过调用驱动程序的一个接口函数 （DrvIcmSetDeviceGammaRamP向其传递 Gamm胶正表 （LUT） ,这个表的大小 是3*256项（每项16字节），对应于RG个通道，每个通道256级。 描述这一细节，可以对有些事情更有把握： *这种校正实际上可以是任意函数，而不限于 gam

8、m如籍的指数函数。 *也是因为此，不能通过驱动程序得到系统的gammer （因为最多只能得到 那个表）。 *这一设置对整个系统有效（任何程序，任意显示的图片都受它影响）。 以前我一直不明白AdobeGamm驱动程序的Gamma什么关系，它们一起 出现就不知所措。还有人说它们是共同作用的。现在我完全明白了，没有迭加关 系，最后者的设置有效。而且， Adobe Gamm也不必是（实际上也不是）一个驻 留程序，它仅在启动时将那个表传给驱动程序就完成了它的任务。 还可以用其它程序来校正/设置gamma下面是一个方便的小工具：Gamma Panel。（查看本文中的图片，需要经常改变 gamma最好下一个

9、，Free的。）图：ACDSE剔览图片时可加载Gamma正功能 七 Gamma Panel 图：Gamma PaneJ 一个校正系统 Gamm的小工具 4.2.应用程序级 如前提到的，某些播放软件有 Gamm核正功能，ACDSE也有。这时，它们 不是修改系统的Gamma正表，而是在解码时对当前帧/图像作了实时的Gamma 变换。 图中左边是由IE打开的同一图片（无Gammft正），可以看出它们的亮度不同 （不过，01 Idi rA? Kt r ArivrcrwiQTi H jeifcn i-iflti t 口三 f .止% 黑框和白边是相同的。） 4.3. 文件级 如前面提到的（图1-2 AC

10、DSEEP的曝光调节），某些图像处理软件可以调 整文件的Gamm益种调整的结果将写入文件（即相当丁对图像进行某种处理）。 比如，当你的PC未进行Gamma正（你的系统GammaH示器的Gamma 2.2 ）, 这时你可以把文件的Gamm调为2.2保存，你以及其它未校正系统 Gamma PC 用户看到的这个图片应是正好的。 （注意，这里有一个前提即原始图片在 Gamma=1 的系统上看是“正好”的。 另一种方式则是将Gamma正的系数写入文件内，而不改变文件内容，而浏 览/处理软件在解码这一图像时会依据这一参数对它单独进行 Gamm核正。（这 被称作“文件Gamma。PNGfi式支持） 总之，不

11、管Gamma正发生在哪一环节，它们是等效的（在理想情况下 /或 近似地看）。明白在哪些环节Gamm段生了怎样的变化，然后做一些乘除法就可 以了。 五.改变Gamm带来的影响 5.1.影调的变化 通常的感觉是，系统gammaS,图像会发暗，而校正后，画面变亮。 观察下列图片。 两个对应的File Gamma=2.5的图片是为了模拟系统Gamma变化。或者也 可以用Gammaanel之类的工具，将Gamm核正系数设为1.02.5观察 （每组中 的第1个图片） 。 图灰度图 0-128, File Gamma=1.0 图灰度图 0-128, File Gamma=2.5 图 灰度图 128-255,

12、 File Gamma=1.0 图灰度图 128-255, File Gamma=2.5 图：很直观的调整Gamma的例子 结论： *当系统Gamma； （Gamm胶正=1.0）时，看到的图像暗部影调丰富；反之, 则是部丰富。 * GammcR正设为2.5时看到的File Gamma=2.5的图片，和校正设为1.0 时看到的File Gamma=1.0的图片相当。 5.2.颜色的变化 很显然，Gamma变化带来亮度的变化。而单独改变某个通道的 Gamma则 会则会带来色调（Hue）的变化。 当然，如果显示器本来就偏色，我们则可以改变某个通道的 Gamma其总体 上保持均衡。 5.3.其它 其它

13、影响在后面有说明或提及。 六.校正Gamm的理由 主要指是否要将系统Gamm核正到1.0。因为校正总是存在的。（下同） 6.1.标准化及互换性 如果数码相机/扫描仪给你一个Gamma=1.0勺图片，你最好是在系统 Gamma=1.0勺系统上查看；或者当你的数码图片要拿去输出时，对方系统 Gamma=1.0 , （这部分涉及到色彩空间、ICC Profile ,我还不太活楚，而且接触的设备 非常有限，不多说了。） 6.2.算法上的要求 在涉及不同灰度的混合时，就会对gamm击要求。一个简单的例子，考虑在 填充时，一半的黑（0） +一半的白（255）,效果应该和50%勺灰（128）相同。 但这仅在

14、Gamma Correction = 1.0 Gamma Correction = 2.5 Source Output Source Output R 80% R 57% R 80% R 80% G 20% G 0% G 20% G 20% B 20% B 0% B 20% B 20% 系统gamma=1.0寸成立。 乂如，彩色转黑白时常说的： 30% R + 59% G + 11% B也是针对gamma=1.0 而言。 同样，许多算法也是针对1.0的系统gamma否则算法内要做gammas正。 下面是一个抗距齿（anti-alias ,反走样）的例子。 图：通常情况下的边缘 由丁只能在矩形的

15、点阵中画斜线，而斜线的像素值为全黑，当斜线较陡（或平） 时，就会有明显的锯齿感。 图：采用anti-alias 后，锯齿感没有那么明显了 在Photoshop中放大查看此图片，就会发现边缘不是全黑的，而是渐变的。 （这 是对anti-alias 的直观理解。） 注：不要用ACDSE放大查看，它默认的放大算法是插值的，无法看活像素的原 貌。 图：anti-alias 并gamm皎正后，锯齿感完全消失 当然,如果你保持系统gamma=1.0*查看上面的图片，就会发现第2张图完全无 锯齿感，第3张图反而有一点。（这不是也可以作为一种估计系统 gamma勺方法 吗） 七.不校正Gamma理由 7.1.

16、现实的非标准化 假定你的图片作为 Web发布，你的用户（观众）的系统Gamm会是1.0吗？ 即使可以假定色影无忌的泡菜会用 Adobe Gamm瘠他们的系统Gamma正到1.0 左右，但绝大多数普通用户呢？ -在接触到 Photoshop前，我是不知道什么 Gamma。 也许只能折衷吧。（MAO过硬件只校正到1.8 , SGI只校正到1.4,不知道 有没有这方面的原因。） Making Good Cross Platform And WWW Pictures 而我们整天面对的操作系统，它默认用户界面的设计，乂是以什么系统 Gamma为前提的呢？一一似乎设为1.0并不是最舒服的。 PNC件格式提

17、供了 Gamma卜偿的功能，但并没有流行起来，因为人们不知 道他们的系统GammOL多少（当然还有别的原因）。 相关新闻链接： The Sad Story o f PNG Gamma Correction ” 7.2. 更符合视觉特性 就人的感知觉，心理量和物理量一般呈对数关系，视觉也不例外。虽然这个 对数关系和那个指数关系并不严格对应， 但方向上是一致的。即越暗处感觉越细 （对同等光强的变化，暗处比亮处敏感），而对于（未校正的）显示器 gamma 曲线 （gammj大于1）,也是暗处对应的层次更多。 比如对gamma=2以一半的光强为分界，0182对应于暗的一半，182255 对应于亮的一半。 7.3. 可能导致颜色数的减少 这是由于数字量的舍入误差造成的。 输入数据按通常的每通道8位计算，当 显卡（DAC精度只有8位时就会发生。 x = 0:255; y = uint8（x / 255） .A gamma 255）; n = histc（y, x）; count =sum（n0） 当gamma=2或0.5 ）时，结果count=192,即256色变为了 192色。若三 通道Gamm （校正系统）相同，则总共的颜色数为 192八3 = 707,788色，而 24位色原本为16,777,216