伽马校正(gamma correction)学习笔记

学习HDR和Bloom特效的过程中，接触到了伽马矫正的问题。查阅了不少资料，这一篇讲的最清楚，下面的图片也是来自该文章。

这应该说是一个历史遗留问题，以前的CRT显示器是使用电子显像管，通过控制电流大小来控制显示屏幕上的亮度。然而亮度和电流之间的关系并非是线性的，也就是说电流强度变为2倍，显示的亮度并非是两倍，而是由公式1决定：

，其中 gamma为CRT显示器的伽马值。

然而对于现实中的大部分摄像机或成像设备来讲，输入能量和记录在图片文件中的颜色亮度之间的关系却是线性的。这就导致显示器显示的图像与摄像设备捕捉的实际图像不一致，为了校正这个差异，摄像机在保存图像时会自动对数据进行一个伽马校正，如公式2：

， gamma依旧为显示器的伽马值。这样，当显示器显示图像时，公式2的输出作为公式1的输入，最后抵消了显示器的 gamma值造成的误差。

从而还原图像原本的色彩。如下图所示：

红线表示显示器的伽马值，蓝线表示摄像机保存图片时进行的校正，紫线表示二者合成之后的结果。可以看出，显示器的gamma值越高，图像越偏暗。sRGB标准中，默认显示设备的gamma值为2.2。

同样，进行3D渲染时，程序内部使用的是线性的颜色，直到最后渲染结果要输出到显示器上时，我们需要对渲染结果进行公式2的校正，正如摄像机所做的那样，这样保证我们渲染的结果能够正确的在显示器上显示。但是，前提是我们加载的纹理中的数据是线性空间中的。

正如前面所说，大部分图像捕捉设备在保存图片时会自动加上伽马校正，也就是说图片中存储的是非线性空间中的颜色（gamma值为0.45时的称之为sRGB空间），如果我们在渲染时直接使用图片存储的颜色数据，然后最终输出到屏幕时，再手动进行一次伽马校正，则会导致纹理过亮，因为我们进行了两次伽马校正。所以，读取纹理数据时，若纹理颜色是sRGB空间中的，我们需要对其“反伽马”校正，转化到线性空间中来，以保证光照计算的正确。只需将glTexImage2D中的internalformat设置为sRGB，OpenGL会自动进行转换，效率比手动高得多。

需要注意的是，像法线贴图，高光贴图等通常是在线性空间中生成的的，无需进行反伽马校正。是否用sRGB格式读入纹理，要视情况而定。