为什么显示图像要做Gamma矫正？

先简单说一下Gamma（伽玛）值是什么？

Gamma值的广义定义就是输入值和输出值的Gamma幂指数关系，用来补偿人眼对自然亮度的非线性感知。输入与输出关系如下图所示：

输入和输出的关系可表达为：输出 = 输入^(Gamma)

Gamma=1，斜45°直线，不校正，输出=输入；

Gamma>1，曲线下压，输出值<输入值；

Gamma<1，曲线上拱，输出值>输入值。

为什么要将输出和输入做Gamma运算？

上面提到，Gamma为了解决人眼对自然亮度非线性感知的问题，其二是因为记录存储的有限性。举个例子：一间黑屋子中，点亮了一只灯泡A，人眼会感觉照亮整间屋子，持续点亮第2个、第3个……灯泡后，人眼会感觉屋子逐渐变得明亮，此时再点亮第N+1个灯泡，其实人眼没有什么感觉甚至微乎其微。这是因为亮度对人眼的刺激是非线性的，第1个和最后一个灯泡点亮对人眼的刺激感觉是不同的；人眼感觉黑到白的范围“有限”，灯泡可以无限，但感觉会趋于一个有限制值。

分析：此时输入是灯泡的强度，输出是人眼的感觉，大自然中，感觉的差别阈限随原来刺激量的变化而变化，这是著名的韦伯定律，下图显示了自然界线性增长的亮度和人心理感觉的灰阶关系图：

当物理亮度达到白色的20%左右的时候，人已经感受到了中灰色（即0.5处）的概念。而剩下的一半高光区的灰阶，需要用白色80%的物理能量才能照亮成人感觉到的白色。根据输入和输出的关系，可确定此时的Gamma大约在1.8~2.5，而现在大多数用2.2。

所以，Gamma值的应用非常多，如图像拍摄中的相机的Gamma、图像显示中的显示器的Gamma、图像输出中的打印机、印刷机的Gamma等，不同设备的Gamma描述的都是此设备的信号值对应的亮暗关系，而且，这些关系都是非线性的。

显示器的Gamma值：

显示器的Gamma值表示了输入信号的颜色值以及发光的亮度之间的关系，也就是输出时从黑到白的亮度过渡。下面是使用不同的Gamma值显示同一幅图像：1.0（左，线性响应），1.8~2.2（中，较暗的图像），3.0（右，过暗的图像）。

可见，较低的Gamma值有一个较亮较平稳的显示；而较高的Gamma值有更高对比度的较暗的显示。一般显示器用8bit色深的RGB来记录数字图像，所以最大的数据存储量就是2^8 * 2^8 * 2^8 = 16,777,216，如果使用线性的方式进行存储自然中的亮度，那可能根本不够用。所以拍摄的图像先用Gamma进行压缩，保留了大部分的中间和暗调细节，再通过Gamma释放（校正）并显示，展示给人眼看见，保证了人眼在显示器上感觉和自然中相同。