正确理解伽玛校正及其重要性

 随着有源矩阵快速发展，薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)市场已重新定义无数人的生活、工作和娱乐方式。从高清(HD)电视到桌面、笔记本和计算机，从智能手机到汽车信息娱乐系统，TFT-LCD以这样或那样的方式无处不在。

尽管电视厂商一般不以"伽玛"本身作为卖点，但这一术语自阴极射线管(CRT)电视时代便已存在，并且仍是目前TFT-LCD的重要幕后特征。

就现代LCD电视而言，伽玛技术将清晰度提高到较新水平。每个LCD电视厂商必须在开发过程中的某个点重视伽玛。否则，他们可以有世界上绝对最好的显示屏技术，却因为不能准确重建图像而没人买他们的显示屏。这里所说的"不准确"指色彩表现和光强度，远达不到准确还原/重建源图像应有的水平。

那么，电视中这种神秘的所谓"伽玛"是什么呢?它与许多放射性衰变相关的高能"伽玛辐射"不是一回事。首先，我们简要讨论伽玛在CRT电视系统中含义。然后，说明其如何向TFT-LCD电视系统转化，以及为什么我们应该或需要了解这一技术。

伽玛与CRT电视

CRT电视工作时，采用电子束轰击屏幕上的磷光质涂层。通过相应的电子束扫描，轰击这些磷光体可在屏幕上"描绘"图像。电子枪所加控制电压与屏幕产生光强度之间的关系本质上是非线性的，近似于一阶方式幂律方程(表示为Y(x)=x a)，称为CRT伽玛响应。

人眼对光强，即"亮度"，具有本能的非线性敏感(光感)。眼睛对较低灰度(较暗)光亮的变化最敏感。眼睛的这种自然响应与CRT相反的固有响应非常相近。这是一个意外、却非常有用的副作用，通过对源数据进行单一校正可补偿系统非线性，使眼睛感受到一致的亮度变化。

源数据编码方式必须考虑CRT响应和眼睛已知亮度响应。摄像机按视频信号红、绿、蓝颜色分量(RGB)进行伽玛校正，视频需要以摄像系统读取亮度变化类似于人眼读取的相同方式编码。由于CRT响应与此相反，因此光强度的感觉是线性的。伽玛校正还具有其他优点，如降低视频信号噪声，提高低电平有效分辨率(这两个因素关系到生成效果的一致性)。

在幂律方程中，对于给定系统来说，亮度(简单地)等于施加的电子枪电压提高到某一乘幂。这个幂是伽玛系数(γ)，这个公式近似定义了CRT的整体转换函数。一般情况下，典型CRT伽玛应为2.2至2.5。伽玛系数越高，图像对比度越大，而且增加了黑暗部分的深度(因为低电平分辨率加大)。伽玛系越小，会使图像显得模糊或单调(因为低电平分辨率下降)。

伽玛响应为1.0的系统视为线性，但从各种原因角度看并非都有利。最关键的是，不能还原颜色和对比度感觉正确的伽玛校正图像。

总之，伽玛校正为系统伽玛响应进行必要补偿，保证(至少接近)摄像机摄入的亮度与CRT电视显示的相同，使眼睛看到正确的图像效果，图1。

图1: 基础伽玛校正与伽玛响应曲线。（相对亮度、输入电平、伽玛校正、CTR伽玛响应）

伽玛与TFT-LCD电视

除了都能显示视频图像外，TFT-LCD与CRT基本没有共同之处。最显著的特点是，LCD不采用电子枪和磷光体生成亮度。而是采用电压控像素控制透过像素的光。这种光源于背光，一般为冷阴极荧光灯(CCFL)或发光二极管(LED)阵列。简言之，电压传送(V/T)曲线定义显示屏的输入响应及其生成的亮度。

尽管与CRT不同，但TFT-LCD也采用"伽玛"，只是这个术语必须稍做重新定义。为了使LCD照亮像素，液晶(LC)像素单元需要有施加的电压，使其能够传送光，在屏幕上显示亮度(注意，"光源"是LCD显示屏背光，一般为CCFL或LED)。

为像素施加的模拟电压由数/模转换器决定，转换器根据给进来的图像/视频数据生成数字编码(谈到电视视频内容，伽玛编码早在CRT电视时代就有了)。所加电压与传送(V/T传递函数)之间的关系为TFT-LCD伽玛响应，其本质上是非线性的，这是由于LC单元传送能力的性质决定的。不过，这种响应未必是我们在CRT电视中看到的所需非线性响应。

因此，LCD电视伽玛往往需要非常近似地模拟CRT伽玛响应。主要理由如下：首先是历史原因，因为所有原来的视频都是经过CRT伽玛校正的。第二，是利用人眼(亮度)的本能响应。当然，LCD的固有伽玛响应并非都是一样的，随着显示屏技术和厂商会有很大变化。显示屏伽玛响应可由厂商改变，他们可以根据最终系统所需的可视性能选择特定的伽玛响应，图2。

图2: 各种系统伽玛响应曲线 （相对亮度、输入电平、数字灰度输入）

数字视频数据(往往为LVDS形式)必须采用数-模转换器(DAC)进行转换，生成用于像素的模拟电压。伽玛采用显示屏源/列