Gamma校正的理解

总是会遇到Gamma校正的字眼，但是真的要说明究竟什么是Gamma校正，却很难说清楚，这便是这篇博客的由来。

为了说清楚，从解决疑问的方式入手：

1.什么是Gamma校正？（what）

2.为什么要进行Gamma校正？（why）

3.怎样进行Gamma校正？（how）

1.什么是Gamma校正？

Gamma源于早期的CRT显示器的响应曲线，也就是输出亮度和输入电压的非线性关系，如图所示： 

图1 亮度和输入电压的非线性关系图

由图可以看出，亮度和输入电压的关系更加近似于指数函数 (output = input ^ gamma )的关系。事实确实如此，CRT显示器厂商都默认将gamma值设为2.5，也就是如上的曲线。这里的指数，也就是我们所讨论的gamma。

2.为什么要进行Gamma校正？

我们已经知道输出和输入的非线性关系为指数函数 output = input ^ gamma,考虑指数函数的性质：

图2 指数函数性质

由图2可以看出，蓝色曲线对应指数gamma <  1,红色曲线对应指数gamma > 1,考虑一副图像，纵轴代表图像的亮度值，横轴代表自变量区间，当gamma > 1 时，随着gamma的变大，高光区对应的自变量区间逐渐变小，而低光区对应的自变量区间逐渐变大；相反，当gamma < 1 时，随着gamma的变小，高光区对应的自变量区间逐渐变大，而低光区对应的自变量区间逐渐变小。概括起来就是：gamma矫正的值大于1时，图像的高光部分被压缩而暗调部分被扩展，当gamma矫正的值小于1时，图像的高光部分被扩展而暗调部分被压缩。

至此，我们知道，通过调节gamma值，我们可以针对性地控制高光区或者低光区的显示细节（表现为：gamma > 1时，低光区被扩展高光区被压缩。表现为“越来越灰暗”，gamma < 1 是，低光区压缩而高光区扩展，表现为“越来越明亮”）。所以，我们可以根据图像的具体情况，选择合适的gamma值对图像进行校正，提升图像的显示细节。

3.怎么样进行Gamma校正？

根据Gamma校正公式 output = input ^ gamma,用MatLab做三组实验，分别对应着

(1)gamma = 0.4；    (2)gamma = 1.0 ;    (3) gamma = 1.8;

代码：

%Gamma校正
clear all;
img = imread('lena.jpg');%读入图像
img = rgb2gray(img);%转成灰度图，即将[0,255]转成[0,1]
imgGamma_0_4 = imadjust(img,[],[],0.4);%此处gamma = 0.4
figure,imshow(imgGamma_0_4),title('gamma = 0.4');
imgGamma_1_0 = imadjust(img,[],[],1.0);%此处gamma = 1.0
figure,imshow(imgGamma_1_0),title('gamma = 1.0');
imgGamma_1_8 = imadjust(img,[],[],1.8);%此处gamma = 1.8
figure,imshow(imgGamma_1_8),title('gamma = 1.8');

实验结果：

 

                 gamma = 0.4                                     gamma = 1.0                                     gamma = 1.8                                  

这里引用一下http://www.cnblogs.com/zhz3996/archive/2010/01/26/1657090.html的例子：

当遇到如下所示的图例：

图3  原始图像

对于这种图像，衣服的颜色属于高光区，难以看清纹理，就是因为高光区被压缩，如果想要看清衣服的纹理（不要邪恶。。。）,那么自然想到扩展高光区，根据前面所讲的，那就是将gamma值调小，从而将高光区进行扩展，可以得到如下结果： 

图4 Gamma校正后的结果

总结：

通过这样的处理，明显看到衣服的纹理更加清晰。所以Gamma校正就是这样操作的，根据具体情况选择合适的gamma值。

参考：

1.http://www.cnblogs.com/zhz3996/archive/2010/01/26/1657090.html（写得很好很详细）

2.http://blog.youkuaiyun.com/love_xunmeng/article/details/8274400

3.http://www2.xitek.com/info/showarticle.php?id=2521