1、為什么要使用Gamma變換
- 人眼對外界光源的感光值與輸入光強不是呈線性關系的，而是呈指數型關系的。在低照度下，人眼更容易分辨出亮度的變化，隨着照度的增加，人眼不易分辨出亮度的變化。而攝像機感光與輸入光強呈線性關系。如圖1所示：
圖 1 攝像機感光、人眼感光和輸入光線的關系
- 為能更有效的保存圖像亮度信息，需進行Gamma變換。未經Gamma變換和經過Gamma變換保存圖像信息如圖2所示：可以觀察到，未經Gamma變換的情況下，低灰度時，有較大范圍的灰度值被保存成同一個值，造成信息丟失；同時高灰度值時，很多比較接近的灰度值卻被保存成不同的值，造成空間浪費。經過Gamma變換后，改善了存儲的有效性和效率。
圖 2 Gamma變換前后對比
2、Gamma變換的定義
Gamma變換是對輸入圖像灰度值進行的非線性操作，使輸出圖像灰度值與輸入圖像灰度值呈指數關系：
這個指數即為Gamma，Vin的取值范圍為0～1，因此需要先進行歸一化，然后取指數。
Gamma變換就是用來圖像增強，其提升了暗部細節，簡單來說就是通過非線性變換，讓圖像從暴光強度的線性響應變得更接近人眼感受的響應，即將漂白（相機曝光）或過暗（曝光不足）的圖片，進行矯正。
經過Gamma變換后的輸入和輸出圖像灰度值關系如圖1所示：橫坐標是輸入灰度值，縱坐標是輸出灰度值，藍色曲線是gamma值小於1時的輸入輸出關系，紅色曲線是gamma值大於1時的輸入輸出關系。可以觀察到，當gamma值小於1時(藍色曲線)，圖像的整體亮度值得到提升，同時低灰度處的對比度得到增加，更利於分辯低灰度值時的圖像細節。
- gamma>1, 較亮的區域灰度被拉伸，較暗的區域灰度被壓縮的更暗，圖像整體變暗；
- gamma<1, 較亮的區域灰度被壓縮，較暗的區域灰度被拉伸的較亮，圖像整體變亮；
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