图像中的 Gamma 是什么？一文彻底理解 Gamma 编码、线性工作流与显示原理

🌈 Gamma 知识总结笔记

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✅ 一、Gamma 是什么？

Gamma 是一种非线性映射函数，通常指：

f(x) = x^γ

用于在图像处理、编码和显示中进行亮度值的非线性变换，其本质目的是：

• 🎯 更贴合人眼感知（人眼对暗部更敏感）
• 🎯 更节省存储空间（比如 8-bit 下更有效地分配灰阶）
• 🎯 兼容早期 CRT 显示器的物理响应曲线

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🌍 二、人眼感知 & 显示器特性

项目	是否线性	说明
真实世界中的光强	✅ 线性	两倍光强 = 两倍亮度
人眼的亮度感知	❌ 非线性	对暗部更敏感，对亮部不敏感
早期 CRT 显示器亮度响应	❌ 非线性	输出亮度 ≈ 电压^2.2
现代显示器（LCD/OLED）	✅ 接近线性	不再需要硬件 Gamma 补偿，但标准仍使用 Gamma 映射

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🔄 三、Gamma 在图像处理中的三阶段流程

【标准流程】：

真实光 → Gamma 编码（^0.454） → 存图
       ↓
    De-Gamma（^2.2）
       ↓
    线性空间处理（混色/光照）
       ↓
    显示器（自动 Gamma 映射 ^0.454）
       ↓
    人眼看到（自然亮度）

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🛠 四、线性工作流（Linear Workflow）

为什么需要？

因为：

• 非线性空间中混色/光照计算不准确
• 会导致高光过曝、暗部死黑、颜色脏

怎么做？

步骤	操作	说明
① 存储前	Gamma 编码	用 ^0.4545（≈1/2.2），贴合人眼感知
② 渲染前	Gamma 解码	用 ^2.2，还原真实亮度值
③ 渲染过程	在线性空间中运算	物理真实的混色、加光
④ 显示输出	再 Gamma 映射	显示器或软件执行，贴合人眼感知

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🎨 五、贴图 & Gamma 的关系

贴图类型	是否 Gamma 编码？	说明
BaseColor / Albedo	✅ 是	给人看的，需贴合感知
Metallic / Roughness / AO / Normal	❌ 否	给引擎算的，要线性真实

✅ Unity/UE 中的 sRGB 开关就是控制是否做 Gamma 解码！

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📺 六、FFmpeg 中的 Gamma 用法

FFmpeg 中涉及 Gamma 的部分一般在滤镜（如 zscale、colorspace）里，控制的是：

• transfer 参数：指定图像使用的 Gamma 曲线类型（如 bt709, linear）
• 实际作用是进行 Gamma 编码 or 解码
• 用于控制图像数据的亮度分布，不是针对显示器行为

例子：

# 将图像从线性空间编码为 bt709 Gamma 曲线
ffmpeg -i input.png -vf zscale=transfer=bt709 output.png

# 将 bt709 图像解码回线性空间进行处理
ffmpeg -i input.png -vf zscale=transfer=linear,format=rgbf32 output.exr

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🧠 总结一句话：

Gamma 是一套非线性亮度映射方法，贯穿图像的编码、处理、显示全过程，既要服务人眼感知，又要保证物理计算的真实。