伽瑪校正的視覺化探索
為什麼電腦中的 0.5 灰色，不是物理世界的一半亮？
第一步：理解「物理亮度」
顯示器由 像素陣列組成。當所有像素全亮，亮度為 1.0；全暗則為 0.0。下方的滑桿控制的是物理線性亮度，代表光子發出的實際強度。請注意，當您將滑桿從 0.0 拖曳到 0.5 時，人眼感受到的亮度變化，會比從 0.5 拖曳到 1.0 時更加劇烈。這是因為我們的視覺系統對亮度感知並非線性。
「編碼值 0.5」 vs 「物理亮度 0.5」
在數位世界中，「0.5」這個數值有兩種截然不同的含義，這正是混淆的根源。一種是sRGB 編碼值 0.5，這是在軟體中設定的數值；另一種是物理線性亮度 0.5，代表實際發出 50% 的光。如下所示，這兩者對應的灰色在視覺上差異巨大。
方法 A：sRGB 編碼值 0.5 的灰色
物理亮度約為 21.8%。
(對應 sRGB 編碼值 128)
方法 B：物理亮度 0.5 的灰色
物理亮度為 50%。
(透過像素抖動模擬)
為什麼它們看起來不一樣？這引出了核心問題：人類的視覺感知與機器的線性記錄方式存在差異。
色帶斷層的成因：線性量化 vs. 感知編碼
若直接以線性物理亮度生成漸層，並在有限的 8 位元深度下（即 256 個灰階）進行均勻量化儲存，暗部更容易出現可見的色帶（Banding）。這是因為人眼對暗部的亮度變化極為敏感，微小的量化步階也會被輕易察覺。而 sRGB 這類非線性（感知導向）的編碼方式，會將更多的數位級別分配給暗部，從而減少可見的量化誤差，讓漸層看起來更平滑。
線性量化的漸層 (模擬)
在 8 位元下，暗部變化劇烈，容易出現色帶斷層。
感知均勻漸層 (sRGB 編碼)
看起來過渡平滑，因為暗部被分配了更多數據。
解決方案：伽瑪校正 (Gamma Correction)
為了解決上述問題，數位影像系統引入了伽瑪校正。它使用一個轉換函數對儲存的亮度值進行非線性編碼，將更多的數據位元分配給人眼敏感的暗部區域。圖表旁的灰階條能幫助您直觀地將「真實世界」的物理亮度（X 軸）與「電腦世界」的編碼值（Y 軸）及其對應的灰階效果聯繫起來。
當 γ = 1.0 時為線性關係。當 γ ≈ 2.2 時，冪函數曲線接近 sRGB 標準，漸層看起來最平滑。這就是伽瑪校正的魔力。
基於當前伽瑪模型產生的漸層
伽瑪校正工作流程
整個過程可以概括為「編碼」和「解碼」。相機捕捉到的線性光信號，首先經過伽瑪編碼成非線性的數據儲存起來。在顯示時，顯示器系統再進行一次反伽瑪解碼，將非線性數據還原為線性的物理亮度輸出。最終，人眼以其固有的非線性方式感知這個線性輸出，從而看到一幅色彩過渡自然的影像。
相機感測器
非線性儲存
顯示器處理
人眼觀看
超越 sRGB：HDR 的未來
我們今天討論的 sRGB 標準誕生於 1996 年，它並未明確規定「最亮」到底有多亮。隨著技術發展，這個標準已顯得過時。
近年來出現了更高規格的標準，如 HDR（高動態範圍）。HDR 標準不僅能帶來更高的峰值亮度、更深的黑色，還使用了更先進的轉換函數（如 PQ 或 HLG），能夠更精確地呈現光影細節，為我們帶來遠超傳統 sRGB 的視覺體驗。伽瑪校正的核心思想在這些新技術中依然得到了繼承和發展。