在显示行业，会经常听到Gamma这个术语，但到底什么是Gamma，为什么要用到Gamma，Gamma为什么是2.2，可能很多业内人士也并不完全清楚。本文针对Gamma做个简单的探讨，希望对各位能有所帮助。
在将真实场景转换为屏幕显示的过程中，需要通过光电转换形成图像数据，然后进行电光转换形成显示图像。在光电转换编码过程中，并非采用线性编码而采用编码Gamma，同样的在电光转换过程中需要用到显示Gamma，即Gamma矫正。那么为什么不线性编码再线性输出呢？理论上完全可以，将亮度无限平均等分即灰阶数无穷大，将真实场景的亮度利用线性编码进行完全精准的记录，然后再真实的输出即可。该方式会造成数据量无穷大，那么降低灰阶数，假定共256灰阶，仍然保持灰阶与亮度的线性对应关系，以该方式去记录真实图像的亮度，再电光转换为屏幕显示，会造成什么现象呢？回答这个问题前，需要先说明一下人眼的特点：人眼对亮度变化的感知是非线性的，对暗部亮度变化的敏感度要强于对亮部亮度变化的敏感度。举例说明如下：在黑暗的房间里点燃1根蜡烛，人眼会明显感觉到房间变亮了，然后点燃第2根，感觉到更亮了，不断地依次点燃更多蜡烛，此时亮度是线性变化的但是人眼感受到的亮度变化却不是线性的，当很多蜡烛被点亮是，多点一根蜡烛，人眼已经很难再感受到亮度的变化。假定共255根蜡烛，用灰阶数(G)以线性一一对应记录他们的亮度(L)，即G1代表点亮了1根蜡烛，G128代表点亮了128根蜡烛，此时人眼更容易分辨G1和G2，难以分辨G254和G255。那么G255和G256对应的亮度就没必要用两个灰阶即两个数据进行记录，另一方面，真实场景的亮度可能介于G1和G2之间，其亮度变化人眼也可感知到，但是缺少灰阶去表示。
此时就可以回答前面的问题了：采用线性方式记录的话，暗部在相邻灰阶数之间很多可感知到的亮度无法呈现，即灰阶数的缺失；亮部很多灰阶对应的亮度变化人眼无法感知，即灰阶数的浪费。因此，应该用更多的灰阶数去描述暗部，更少的灰阶数去描述亮部，举个例子说明：G1代表1根蜡烛；G2不再代表2根蜡烛，代表1.02根蜡烛；G3代表1.1根......G128代表30根......G254代表240根，G255代表255根，可以看到，低亮度对应的灰阶数变多了，高亮度对应的灰阶数变少了，此时让灰阶从G1 G2依次变化时，人眼会感受到亮度变化更趋于线性。L为亮度，Gray为灰阶，C为系统常数，γ为其指数根据Gamma曲线可以看出γ大于1时，低亮度下会有更多的灰阶数，这样更符合人眼对亮度变化呈现的需求。那么进一步精确该数值，从大量的人眼视觉特性中总结出来一个经验值为2.2。即当γ=2.2时，灰阶线性变化刚好对应人眼感受到的亮度线性变化。（γ即Gamma）
至此我们清楚了亮度和灰阶的关系，同时可知，灰阶数越多（即bit数越大），亮度过渡越细腻，但同时数据量就越大。当灰阶数足够多时超过人眼分辨亮度变化的极限时，即可以理解显示图像的亮度过渡同等于真实场景，如同分辨率超越人眼极限的概念。确定亮度和灰阶的关系之后，只需要确定电压与灰阶的关系即可通过对应电压呈现所需亮度。灰阶对应的电压数值即Gamma电压。先假定所有iPhone14屏幕的光电特性无个体差异，那么只需要如下步骤即可实现准确的电光转换，即Gamma矫正：1，确定一个iPhone14屏幕的最大亮度，然后通过Gamma2.2曲线确定所有灰阶的亮度2，测量所有灰阶亮度对应的电压，即Gamma电压，实际多为仅测量几个绑点电压，然后拟合出所有Gamma电压而真实状况是设备之间的个体差异无法忽略不计，即每个屏幕电压与亮度对应关系不同，需要一一测量和写入，此过程被称为OTP（one time program，一次性烧录）。OTP过程中RGB子像素要单独确定各自电压和灰阶亮度的对应关系，同时需兼顾色点的准确，而手机屏幕亮度并非固定不变而是可调节的，每个亮度下又需要一套对应关系，可以想象这是一个很复杂的过程。
Gamma设定完成之后，如果设定有偏差，根据Gamma曲线可知：当Gamma过大时，在亮部灰阶数变少，画面会变暗；当Gamma过小时（如2.0），暗部灰阶数变少，暗部的信息会缺失，过渡不自然。
以上介绍了Gamma的作用和Gamma矫正的方法，看起来似乎很理所应当，但Gamma的由来又与CRT的显示特性相关，CRT的固有Gamma为2.5，使用~1/1.1的校正系数，可以达到2.2的显示伽马基准。 早期显示标准sRGB，它使用的编码Gamma大约是0.45（也就是1/2.2），就是为了配合显示Gamma为2.5的设备工作。而眼睛的亮度感受曲线与CRT显示器的物理响应曲线能够基本吻合，这就是Gamma传说中的那个“美妙的巧合”。
关于Gamma的文章千千万，本人阅历有限又才疏学浅，尚未看到一篇完美解释Gamma的文章，也未能完全理解Gamma。因此本文也可能成为另一篇误导你的“Gamma传说”，算是抛砖引玉，如有错误，还望指出。
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