攝像機gamma校正
我們在《理解攝像機》裏曾經提到過伽馬（Gamma），說伽馬就是成像物件形成畫面的“反差係數”。如果伽馬曲線比較陡，則輸出的畫面反差比較高，如果伽馬曲線比較緩，則輸出的畫面反差比較低。這個概念說起來好像並不難懂，但在實際的攝像機操作中，調整伽馬對畫面的影響似乎遠不止“調整反差”那麼簡單，難道說伽馬還有別的什麼意義嗎？在一些高級的攝像機裏，不但有Master Gamma（總伽馬）的調整，還有R/G/B Gamma（通道伽馬），甚至BLK Gamma（黑伽馬）的調整，爲什麼一個跟反差有關的參數弄得這麼複雜呢？看來似乎僅僅知道“伽馬影響反差”恐怕不容易駕馭這些馬仔。好，今天我們就講講伽馬在數字成像中的作用，以及各種不同的馬仔都是怎麼回事。
要說馬得先說騎馬的人。人類對外界的刺激會產生反應，比如我們能感知物體重量、聲音大小、味道鹹淡、氣溫高低、光線強弱。而人類對這些外界刺激的變化所做出的反應是“非線性”的，換種說法就是，人類“感知刺激變化的比例”與“實際的刺激變化的比例”並不一致。舉個例子，一杯水了放了一勺糖，我們會覺得甜，但放兩勺糖，我們並不會覺得有“2倍甜”，頂多會覺得又甜了一點點，這就是非線性反應，但如果我們用“甜度計”去測量，那麼甜度是原先的2倍，實際的物理變化是線性的，而人類是非線性的，你要加很多倍的糖，人類才能覺得“2倍甜”，這就是人類的德性。
再舉個例子，比如聲音，我們把音量提高2倍分貝，用響度計測量，聲音的強度比原來高2倍，但人耳卻聽不出來強了2倍，因爲我們人耳也是“非線性”，非要強N多倍，才能感受到強了2倍。如果你玩音響，音響系統裏就有個“等響度”的概念，就是把音量調節按人耳的非線性增量來設置，等響度設備調節2倍音量，我們聽起來的確大了2倍，其實實際音量已經大N多倍了。
好了，人眼，人眼也是非線性的“設備”，你提高2倍的亮度，人眼根本不領情，覺得只亮了一點點，你要提高到8倍亮度，人眼就覺得“這應該比原來亮2倍了”（如果電燈是活的，它非吐血不可）。正因爲人眼這種特性，人眼可以同時看清亮度差別很大的物體，比如我們逆着陽光，可以看清天上的雲朵和樹幹上的紋理；在黑暗的房間裏，我們可以同時看清蠟燭的火焰和角落裏的拖鞋；這些物體（雲朵和樹幹、蠟燭和拖鞋）的亮度差非常巨大，而我們人眼並不會覺得它們亮度差很遠，只會覺得“就暗了一點嘛”或者“就亮了一點嘛”，而實際卻暗了很多或亮了很多，這就是“非線性系統”的本事。
看下面這個圖，橫座標是入射光線，縱座標是人眼反應。入射光線從全黑到有一點亮度的時候，我們人眼就覺得“嗯，夠亮了”（我們人能在月光下活動就靠這個本事）。然後，光線繼續加強，到了很強的時候，我們人眼的反應卻變得非常遲鈍，亮度再提高，也不會覺得亮了很多。人眼對光線變化的這條“反應曲線”就是人眼的“伽馬曲線”。
所謂伽馬，其實就是一個“成像物件”對入射光線做出的“反應”。然後根據不同亮度下的不同反應值獲得的曲線，就是伽馬曲線。人眼作爲一個“成像物件”，其伽馬曲線不是一條直線，說明人眼對光線的反應是非線性的。而膠片和CCD、CMOS也是成像物件，它們對光線的反應又如何呢？
膠片在發明和發展的過程中，用化學成像的方式充分模擬了人眼的“非線性感受光的能力”。膠片在其寬容度範圍內，對光線強弱變化的反應比較接近人眼，因此膠片經曝光經沖洗獲得的相片，我們就認爲是“正確和真實”的，因爲膠片所拍攝到的畫面跟我們看到的差不多。
CCD、CMOS成像方式是通過像點中的“硅”感受光線的強弱而獲得畫面。而硅感光是物理成像，它真實地反應光線強度的變化，來多少就輸出多少，因此它對光線的反應是線性的。於是，它的伽馬跟人眼的伽馬就衝突了。看下面這個圖：
這是同一個景物，左邊是我們人眼看到的畫面，右邊是CCD成像的畫面。CCD可能更接近真實的世界，因爲當時的亮度也許就不高，但對於人眼而言，已經足夠把這坨花看得真真切切了。但我們一看CCD出來的東西，哇靠，什麼玩意兒啊，整個一廢品嘛。但實際上，CCD獲得的光線跟人眼獲得的光線是一樣的，只是反應不同罷了；換句話說，人眼所獲得的畫面數據，CCD也同樣都獲取了。那麼，要想輸出一張“像人眼看到的那樣”的畫面，只需要調整一下“對光線的反應”就可以了，而“對光線的反應”就是伽馬曲線。看下圖：
攝像機將CCD獲得的線性信息，經過調整，變成了類似人眼的非線性信息，於是輸出的畫面就像人眼看到的那樣了。這個調整伽馬曲線的過程，是攝像機必須要經過的一個步驟。試想一下，如果攝像機不調整伽馬曲線，出來的畫面跟人眼看到的就完全不一樣了（左邊那個原本畫面），這種攝像機也許唐老鴨適合用。
從前後畫面看，之前的畫面反差很低，經過調整伽馬曲線，畫面的反差提高了，這依然是伽馬的基本特性：“伽馬影響反差”。
既然CCD是線性成像物件，那麼要輸出人眼能看的畫面，改變伽馬曲線是必須經過的一道“加工工序”，即便是最簡單的電子成像系統，這道工序都省不了。但在所有的中低端攝像機中，伽馬調整是自動完成的，也就是說你無法調整攝像機的伽馬曲線。而在一些高端攝像機裏，則允許用戶調整攝像機的伽馬曲線。這種調整是對伽馬曲線的“微調”，通過微調，可以在一定程度上改善輸出畫面的細節表現。爲什麼是“微調”？因爲攝像機只允許你微調，想想，如果你一使勁調把伽馬調成了直線，大家不都得變成唐老鴨了？
這個圖就是攝像機處理CCD信息的“伽馬調整”的過程。CCD送出RGB信息，這時的信息是直線的伽馬形態，然後每個通道會經過一個“伽馬調整模塊”，分別把R/G/B三個通道的伽馬曲線調成非線性，然後輸出。攝像機中所有的伽馬調整，無論什麼馬，都是對這個模塊中的調整量再進行“更細緻的微調”。
先看總伽馬（Master Gamma）。總伽馬也稱RGB伽馬，RGB不是有三個通道嗎，一起聯動着調，就是一調三個通道的曲線一起變化，就是總伽馬調整了，很簡單吧。如果我們分別調整每個通道的伽馬呢？那當然就是通道伽馬調整，你調G Gamma，那麼綠色通道的伽馬曲線就單獨變化，調R就紅變化，調B就藍變化；如果三個調整的幅度一樣呢？那就是相當於總伽馬調整了。
再來看黑伽馬（BLK Gamma）。黑伽馬不是指有條曲線叫黑馬曲線，而是指伽馬曲線中光線輸入量比較少的那部分的伽馬曲線，光輸入量少就對應畫面中比較暗的部分，所以給它起個名字叫黑馬。看下圖，曲線中的暗部就是黑伽馬的區域，調整黑伽馬，就是改變曲線的這一部分的形態。
既然黑伽馬是伽馬曲線中的一部分，那麼是否也有R/G/B通道的黑伽馬和總黑伽馬呢？那當然，一馬四蹄，馬腿豈能不是四條？紅綠藍各通道的黑伽馬分別就是R/G/B黑伽馬，一起聯動調整就是總黑伽馬了。
怎麼樣，伽馬的原理很簡單吧。其實不管是什麼伽馬，都是對伽馬曲線的“微調”，如果將來攝像機能對亮部伽馬能進行調整，再出一個“白伽馬”也不是不可能的。
下面我們來看看調整伽馬曲線對畫面的變化。下圖是調整總伽馬後，畫面的變化，原來的畫面整體感覺比較灰，反差比較低，經過總伽馬調整，反差有所提高。
下圖是對黑伽馬的調整，之前的畫面中暗部的輸出值比較高，我們能看見暗部裏的細節。經過把總黑伽馬調低，暗部的輸出值降低，暗部就潛得比較黑，畫面的反差看起來就是另外一種感覺。
通常在實際操作中，會調整總伽馬或總黑伽馬，但很少調通道伽馬，因爲調整通道會產生偏色。通道伽馬的作用往往是對攝像機進行“維護性的調整”，比如攝像機使用時間長了，某個通道有少許偏色，那麼可以對該通道進行調整，這種調整必須根據示波器等設備來看才能調準確，光用眼睛看來調通道伽馬是不靠譜的。
一些攝像機中，伽馬並不能進行隨意調整，而是有若干模式進行選擇（下圖）。這些模式就是根據不同的效果，設定好的伽馬調整值。選擇哪個，伽馬曲線就調整成設定狀態，效果跟手動調是一樣的。
