伽馬是數字成像系統的一個重要特征，它定義了像素值與其實際亮度之間的關系。在标準顯示器上面，如果沒有伽馬，數位相機拍攝到的陰影内容便會跟我們實際看到的有所差異。平時我們所說的伽馬校正、伽馬編碼、伽馬壓縮，都是伽馬曲線的各種應用場景，屬于相似的概念。對于伽馬工作原理的了解，一方面可以提高攝影者的曝光技術，另一方面可以幫助人們更好地利用後期的圖像編輯功能。
伽馬的作用
人眼視覺特性與相機的感光特性之間存在差異。相機的感光特性為線性的，如果傳感器收到兩倍的光子，那麼響應電信号也會提升至兩倍；人眼視覺特性是非線性的，感覺亮度高于實際亮度，且實際亮度越小，感覺亮度與實際亮度之間的差異越大。兩者對應的特性曲線如下圖所示。
從圖中可以看到，人眼對于低亮部分的感覺敏感度要高于高亮部分，進而使得視覺具有更廣的亮度适應範圍，一方面可以提高人類在夜晚對于危險的感覺，另一方面可以避免高光造成視力損傷。
通過伽馬曲線可以完成人眼與相機的感光度之間的轉換，在儲存數字圖像時，使用伽馬編碼獲得我們所期望的符合人眼視覺特性的亮度值。
使用伽馬編碼的圖像可以更有效地存儲色調資訊。由于經過伽馬編碼後，更加符合人眼視覺特性，是以可以使用更少的比特位表示相同的亮度範圍。線性編碼與伽馬編碼之間的差異，如下圖所示。
從圖中可以看到，使用伽馬編碼後，整個亮度範圍内的灰階基本呈現均勻分布，進而確定了後續的圖像編輯，使得顔色和直方圖都能夠基于自然且感覺均勻的色調。
由于真實世界的圖像通常至少具有256級灰階（8bit），足以列印出平滑連續的色調内容。如果改用線性編碼，則需要至少8倍的級别（11bit），才能夠避免圖像分色。
伽馬編碼與伽馬校正
經由伽馬編碼的圖像，在觀看時，必須先進行伽馬校正，進而保證輸出原始場景内容。也就是說，伽馬編碼的目的是記錄圖像，而伽馬校正的目的是真實地顯示圖像，其組合應用流程如下圖所示。
1. 圖像伽馬
每當将拍攝的圖像轉換為JPEG或TIFF檔案時，可以通過操作相機或者RAW開發軟體應用該功能。它可以将色調級别映射到感覺均勻，進而更好地利用給定的位深。
2. 顯示伽馬
視訊卡或者顯示裝置的綜合影響，通常可能會包含多組伽馬曲線。顯示伽馬的主要目的是用于補償圖像伽馬，進而確定顯示的圖像不會過亮。對于高對比度圖像，如果顯示伽馬過大，可能導緻暗部細節損失。
3. 系統伽馬
整個圖像處理流程的所有伽馬的疊加效果，也稱為“觀看伽馬”。為了能夠重視再現原始場景，理想情況下，它應該是一條直線，即gamma = 1.0，有時，為了提高畫面對比度，可以将系統伽馬設定為大于1.0的值，進而補償由于顯示裝置的動态範圍或者非理想觀看條件和圖像光斑所引起的顯示限制。
圖像檔案的伽馬
精準的圖像伽馬通常會采用配置檔案的形式嵌入在圖像檔案中。大多數的圖像檔案（使用sRGB和Adobe RGB 1989色彩空間的圖像）均會采用1/2.2的編碼伽馬，RAW檔案是個例外，它會使用線性伽馬。但是，在使用RAW圖像檢視工具時，會假定标準編碼伽馬為1/2.2，否則顯示的圖像會偏暗，如下圖所示。
對于沒有嵌入配置檔案的圖像，通常也會假定假定标準編碼伽馬為1/2.2。這種圖像通常包括：從網頁儲存到本地的部分JPEG檔案，以及許多PNG和GIF檔案。
實際上，檔案伽馬代表相機伽馬和編碼伽馬的組合。但是，因為大多數的數位相機都采用線性的感光方式，是以會将它們的伽馬假定為1.0，除非相機廠商有特别的設定，才會對檔案伽馬有所影響。
顯示伽馬
顯示伽馬主要是對圖像伽馬進行補償，用于校正顯示裝置或者調整顯示圖像的對比度，行業内通常采用2.2作為顯示伽馬的标準值。下圖展示了顯示伽馬對于系統伽馬的影響以及實際圖像的現實效果。
從圖中可以看到，圖像伽馬為1/2.2，對比實際拍攝場景，當顯示伽馬為1.0時，由于沒有補償效果，系統伽馬與圖像伽馬一緻，導緻畫面過亮；當顯示伽馬為1.8時，由于補償不足，畫面依然過亮；當顯示伽馬為2.2時，剛好互相抵消，系統伽馬為直線，真實反映拍攝場景；當顯示伽馬為4.0時，由于補償過度，導緻畫面過暗。
實際上，顯示伽馬由兩部分組成：（i）原始CRT顯示器或者LCD顯示器本身的伽馬曲線，（ii）顯示器内部或視訊卡所使用的伽馬校正曲線。最終的顯示伽馬高度取決于顯示裝置的類型。
1. CRT顯示裝置
CRT的固有伽馬為2.5，使用~1/1.1的校正系數，便可以達到2.2的顯示伽馬标準，通常制造商已經對該系數進行了預設設定。
2. LCD顯示裝置
LCD通常需要使用查找表（LUT）的方式進行校正，以便達到2.2的顯示伽馬标準。
相關知識内容
- 動态範圍：伽馬編碼，一方面可以確定圖像資料的有效使用；另一方面，對于給定位深，它可以增加記錄的動态範圍。伽馬還可以通過改變圖像對比度，幫助顯示裝置或列印機管理其有限的動态範圍。
- 伽馬校正：将伽馬應用于抵消某些前期操作的效果。
- 伽馬壓縮/擴充：分别指應用的伽馬小于或者大于1.0的情況。是以，檔案伽馬可被視為伽馬壓縮，顯示伽馬可被視為伽馬擴充。
- 适用性：嚴格來講，伽馬是指遵循簡單幂律的色調曲線，但是它也經常用于描述其他色調曲線。比如sRGB色彩空間，在低亮區域遵循線性規律，高亮區域遵循曲線規律，雖然都不是标準的幂律曲線，但是其總體伽馬接近2.2。
- 是否必須使用伽馬？不是，比如RAW檔案，因為它使用線性伽馬，是以可以使用具有線性伽馬的顯示裝置直接顯示圖像。