Gamma调整-编程知识

Gamma调整

色彩空间

色彩空间定义了一种特定方式来表示颜色，包括红、绿、蓝（RGB）等基本颜色分量的组合方式，以及这些颜色如何映射到人类可见光谱的数学模型。常见的色彩空间有sRGB、Adobe RGB、DCI-P3、BT.2020等。每种色彩空间覆盖的色域范围不同，影响着所能表示的颜色种类和饱和度。

sRGB是最广泛使用的色彩空间，特别是在互联网和大多数消费级显示设备上。它基于CRT显示器的非线性响应特性（即Gamma 2.2）设计，适合标准动态范围（SDR）内容。
宽色域色彩空间如DCI-P3和BT.2020覆盖了比sRGB更广的色彩范围，被用于HDR（高动态范围）内容制作和显示，以提供更丰富、更鲜艳的色彩体验。

Gamma调整

Gamma是指图像信号强度与实际显示亮度之间的非线性关系。在数字成像中，这种关系被用来补偿人类视觉系统的特性，因为我们对亮度变化的感知是非线性的——我们对低亮度的变化更加敏感。

**sRGB的OETF（Opto-Electronic Transfer Function）**描述了将线性光强转换为显示设备上存储或传输的数字信号的过程，近似为pow(col, 0.45)。而EOTF（Electro-Optical Transfer Function）则是相反的过程，即将存储的数值转换回显示的光强，sRGB的标准EOTF近似为pow(col, 2.2)。
在进行Gamma调整时，目标是确保图像在不同设备间的一致性。例如，内容创作时可能在线性色彩空间（如linear sRGB）中进行，以确保物理精确的光照计算，但在输出到显示设备前，这些线性值需要转换回sRGB gamma曲线，以匹配大多数显示器的预期输入。
在HDR工作流程中，虽然也有类似非线性调整（如ST.2084 PQ曲线），但重点在于更大的亮度范围和更精细的阶调控制，而不是传统的sRGB gamma曲线。

综上所述，色彩空间和Gamma调整共同作用，确保了从内容创作到最终显示的过程中颜色的准确再现。对于专业应用，正确设置这些参数是至关重要的，以确保图像质量、色彩保真度和跨平台一致性。

Gamma矫正的原因和原理主要源于人眼对亮度的非线性感知特性和早期显示技术的物理限制。

原因：

人眼的非线性感知：人眼对亮度的感知是非线性的，即亮度增加相同数量时，较暗区域的变化比较亮区域更易察觉。这意味着，如果我们直接用线性方式存储或传输图像数据，暗部细节会损失较多，而亮部则可能出现过饱和。
显示设备的物理特性：早期的显示技术，特别是阴极射线管（CRT）显示器，其亮度与输入电压之间存在非线性关系。具体来说，CRT显示器的亮度增长速率随着输入电压的增加而减缓，这意味着如果没有矫正，低亮度信号会在显示时显得过暗。

原理：

Gamma压缩：在图像存储或传输前，对图像信号进行非线性变换（通常是幂次方操作），将人眼感知的亮度非线性映射到线性存储空间中。这一过程称为Gamma压缩，典型值为γ=2.2，意味着输出亮度与输入电压的关系大约为输出 = 输入^(1/γ)。这样处理后，暗部信息得以保留更多的灰阶，减少存储或传输过程中的信息损失。
Gamma扩展：当图像数据被显示时，显示设备会进行相反的操作，即Gamma扩展，将存储的非线性数据转换回人眼可感知的亮度，这通常通过将每个像素的亮度值进行幂次方操作（输出 = 输入^γ）来实现。这样，即使在有限的亮度范围内，也能让显示的图像看起来具有更丰富的细节和更自然的明暗过渡。