数字图像处理（六）：反差系数

首先，这里讨论的是反差系数：gamma，并非反差CONTRAST。

以下的术语均不很准确，但相信不会引出特别的歧义。

假设有一个图像包含3个均匀的区域，实际亮度分别是1，2，4。

因为CMOS/CCD的线性特点，在合适的曝光量下，拍摄时在相机CMOS/CCD成像后上述区域像素经AD转换后的读出值应分别为1，2，4（略去量纲和比例系数）。

如果直接把这个数值(或者乘上一个固定的系数)做为该像素的亮度，这样生成的照片就是“线性”的，即象素值与实际物体的亮度成正比。比如在EOS20D的图像软件中，把RAW文件转化为TIFF时就可以选择“线性”的方式。

把这样一张线性的照片放到电脑上观看一定会令人大失所望，因为通常会看到黑乎乎的极为暗淡的场景。

这里的原因在于显示系统是非线性的。

当我们显示这张照片时，比如在CRT中，每个象素的亮度值会转变为对应的阳极电压，电子束被这个电压加速后打到荧光屏上形成光点。

如果我们使用的是一端“理想的”线性显示器，即：阳极电压与亮度值成线性正比，光点亮度与阳极电压成正比，那么就会看到与原来物体的亮度比例完全相同的图像。

但实际上光点的亮度与阳极电压并非呈线性关系，而是与电压的约2.5次幂成正比。因此，原来图像1，2，4三个区域之间的亮度差为2倍，而显示出来的图像上相应的亮度差达5.6倍，因为显示的最高亮度是一定的，因此通常的感觉是图像变得很暗。

因此，要想正确地显示图像，就必须进行gamma补偿，即根据显示设备的响应曲线对图像的亮度数值做相反的调整。例如，将上述图像中的每个象素值转为其0.4次方（再经归一化），就能够使得最终显示的图像与真实物体一样了。

由此可见，反差系数的调整是由显示设备的特性决定的。这就是为何同一幅图片在不同的计算机上，以及同一幅照片在数码相机的液晶屏和在计算机上观看时感觉亮度相差很大的原因（略去色彩的因素）。

这个为适应显示而进行的反差调整应在图像处理的最后一步实施。

不同gamma补偿后显示的效果：