一文搞定伽马校正

在计算机显示技术发展的早期阶段，CRT显示器是主流，这种显示器的显示效果即电光转化特性，天然地存在一种类似指数函数的关系： image.png

要知道，任何感光元器件的光电装换特性都是线性的，如果将此线性电压信号直接输出到CRT显示器，那么会造成非线性失真，具体表现在画面整体反差增大，亮度降低。

我们把这种显示器端的非线性特性成为显示伽马。为了解决这种由CRT显示器非线性特性造成的显示效果失真，工程师们决定在摄像端即感光元件后添加一个电路环节用于校正，我们把这个环节称为伽马矫正，用于将感光元件输出的线性电压信号转变为与CRT显示器互为补偿的非线性电压信号，即对数信号： image.png

两组互为补偿的信号经相乘叠加，则会输出近似线性的显示信号，非线性失真的问题即得到了完美解决。之所以说是近似线性，是因为输出信号函数仍会略微下凹，并非完美线性，具体表现在画面的对比度和饱和度稍大；与此同时，工程师们发现，伽马矫正除了解决了CRT显示器的非线性失真还带来以下两个优势：

1. 有效提升了暗部的信噪比，便于后续进行模数转换等操作。
2. 经过这种伽马矫正，暗部对应的编码值范围更大，非常符合人眼对于亮度的感知 image.png

这种摄像端的伽马矫正和显示器端的显示伽马的叠加，就称之为系统伽马。

当然，显示技术始终不停发展，诸如CRT显示器的那种技术缺陷已然不存在了，但是由于摄像端的伽马矫正所带来的两个优势依然无可替代，所以各大显示器厂商依然人为地保留了类似CRT显示器的这种指数效应。普通摄像端的类似对数效应和显示器端的指数效应相叠加，生成的近似线性的对数曲线，我们称之为视频伽马。

显示技术在发展，摄像摄影厂商同样在发展。工程师们发现，传统视频伽马的伽马矫正更多地用于处理记录1%亮度到90%亮度的范围，此范围之外的亮度所对应的电压记录值不多，直观表现在高光一片死白，阴影一片死黑，高光阴影处均无丰富的细节呈现，不符合消费者越来越高的影相需求；在感光元件的动态范围不断提升的同时，用于处理HDR的电影伽马应运而生。

目前的主流摄影机均采用电影伽马，电影伽马又称Log（对数伽马），这种曲线对于亮度的记录更符合人眼的视觉特性，相同的记录电压值可以记录的亮度更大： image.png

Log影相在几乎所有的消费级显示器上都不能正确还原，根本原因在于Log曲线与普通摄影机的转换曲线差异过大，导致Log曲线与显示器的显示伽马叠加后的曲线是依然是一条类似对数风格的凸函数曲线，具体表现在画面对比度降低、黑位上浮画面发灰且饱和度降低，所以Log影相又称为“灰片”，一般各大厂商会同步推出自己的还原LUT，其目的是将自家的Log曲线“掰直”，得以在普通消费级显示器上正确显示。