伽瑪校正

伽瑪校正

對圖像的伽馬曲線進行編輯
為圖像進行伽馬編碼的目的是用來對人類視覺的特性進行補償,從而根據人類對光線或者黑白的感知,最大化地利用表示黑白的數據位或帶寬。[1]現實世界中幾乎所有的CRT顯示設備、攝影膠片和許多電子照相機的光電轉換特性都是非線性的。這些非線性部件的輸出與輸入之間的關系(例如,電子攝像機的輸出電壓與場景中光強度的關系,CRT發射的光的強度與輸入電壓的關系)可以用一個幂函數來表示,它的一般形式是:輸出=(輸入)γ式中的γ(gamma)是幂函數的指。它用來衡量非線性部件的轉換特性。這種特性稱為幂-律(power-law)轉換特性。按照慣例,“輸入”和“輸出”都縮放到0~1之間,其中,0表示黑電平,1表示顔色分量的最高電平。對于特定的部件,人們可以度量它的輸入與輸出之間的函數關系。
    中文名:伽瑪校正 外文名:Gamma Correction 所屬學科:物理、數學 重要性和應用:輸入電壓的指數要大于電子束

簡介

是用來針對影片或是影像系統裡對于光線的輝度(luminance)或是三色刺激值(tristimulus values)所進行非線性的運算或反運算。最簡單的例子裡伽馬校正是由下列幂定律公式所定義的。其中A是一個常量,輸入和輸出的值都為非負實數值。一般地來說在A=1的通常情況下,輸入輸出的值的範圍都是在0到1之間。伽馬值γ<1的情況有時被稱作編碼伽馬值(encoding gamma),而執行這個編碼運算所使用上述幂定律的過程也叫做伽馬壓縮(gamma compression);相對地,伽馬值γ>1的情況有時也被稱作解碼伽馬值(decoding gamma),而執行這個解碼。

原理

假設圖像中有一個像素,值是200,那麼對這個像素進行校正必須執行如下步驟:1.歸一化:将像素值轉換為0~1之間的實數。算法如下:(i+0.5)/256這裡包含1個除法和1個加法操作。對于像素A而言,其對應的歸一化值為0.783203。預補償:根據公式,求出像素歸一化後的數據以1/gamma為指數的對應值。這一步包含一個求指數運算。若gamma值為2.2則1/gamma為0.454545,對歸一化後的A值進行預補償的結果就是0.783203^0.454545=0.894872。反歸一化:将經過預補償的實數值反變換為0~255之間的整數值。具體算法為:f*256-0.5此步驟包含一個乘法和一個減法運算。例,将A的預補償結果0.894872代入上式,得到A預補償後對應的像素值為228,這個228就是最後送入顯示器的數據。

如上所述如果直接按公式編程的話,假設圖像的分辨率為800*600,對它進行gamma校正,需要執行48萬個浮點數乘法、除法和指數運算。效率太低,根本達不到實時的效果。針對上述情況,提出了一種快速算法,如果能夠确知圖像的像素取值範圍,例如,0~255之間的整數,則圖像中任何一個像素值隻能是0到255這256個整數中的某一個;在gamma值已知的情況下,0~255之間的任一整數,經過“歸一化,預補償,反歸一化”操作後,所對應的結果是唯一的,并且也落在0~255這個範圍内。

應用

如果生産廠家不加說明,那麼它的γ值大約等于2.5。用戶對發光的磷光材料的特性可能無能為力去改變,因而也很難改變它的γ值。為使整個系統的γ值接近于使用所要求的γ值,起碼就要有一個能夠提供γ校正的非線性部件,用來補償CRT的非線性特性。在所有廣播電視系統中,γ校正是在攝像機中完成的。最初的NTSC電視标準需要攝像機具有γ=1/2.2=0.45的幂函數,采納γ=0.5的幂函數。PAL和SECAM電視标準指定攝像機需要具有γ=1/2.8=0.36的幂函數,但這個數值已顯得太小,因此實際的攝像機很可能會設置成γ=0.45或者0.5。

使用這種攝像機得到的圖像就預先做了校正,在γ=2.5的CRT屏幕上顯示圖像時,屏幕圖像相對于原始場景的γ大約等于1.25。這個值适合“暗淡環境”下觀看。過去的時代是“模拟時代”,而今已進入“數字時代”,進入計算機的電視圖像依然帶有γ=0.5的校正,這一點可不要忘記。雖然帶有γ值的電視在數字時代工作得很好,尤其是在特定環境下創建的圖像在相同環境下工作。可是在其他環境下工作時,往往會使顯示的圖像讓人看起來顯得太亮或者太暗,因此在可能條件下就要做γ校正。

在什麼地方做γ校正是人們所關心的問題。從獲取圖像、存儲成圖像文件、讀出圖像文件直到在某種類型的顯示屏幕上顯示圖像,這些個環節中至少有5個地方可有非線性轉換函數存在并可引入γ值。

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