什麼是gamma

維基百科上有，Gamma(伽瑪)的中文條例。所列的條例中，偏偏就是沒有影視技術中關於gamma的項目。

那什麼是影視技術中的gamma項目？

中國電影出版社｢現代影視技術辭典｣

反差系數 gamma以希臘字母γ表示的感光特性曲線直線部分的斜率……反差系數的物理意義可解釋為照相影像對被攝體反差(影調)的響應程度(或復製過程中復製出的影相與母片反差之間的關係。伽瑪等於1時，說明影相與被攝體的反差相同；大於或小於1時，說明照相影像的反差大於或低於被攝體。

我知道，很艱澀。但是沒辦法，為了證明不是我自己亂掰，只能先引經據典。不過耐心看下去，一定會越來越"白話文"。為了表示誠意，先來個──

(中國)清華大學出版社｢英漢廣播電視技術詞滙｣

gamma 伽瑪(磁場強度單位)；(圖像)灰度系數；非線性系數；對比系數

另一方面，由於gamma這個詞是外來的，我只好挾洋自重一下。

BKSTS出版｢illustrated dictionary of moving image technology｣

gamma (1) A measure of photographic film contrast, the gradient of the straight-line portion of the characteristic curve relating exposure and density. See Figure C.2. (2) In television, the relationship between the original scene brightness and the corresponding displayed brightness. For a camera it is the slope of the curve relating the logarithms of the incident light and the output voltage. Similarly for a display device, the input voltage and the light output.

Focal Press出版｢Film－Video Terms and Concepts｣

Gamma:
in film - The contrast gradient of a film, representing the particular relationship of the light and dark areas of images developed upon it. Basically, it is the measure of the angle of the straight line in the film's characteristic curve as compared to the fog level. This is a figure that expresses the film's contrast. See also characteristic curve.
in video - An image on video, when being recorded or edited, has the ability to change if the video or pedestal levels are altered, thus affecting the shot's gamma, or contrast range. So, this angle, which is basically fixed in a film stock, can be a variable in video.
註： "in film"與"in video"原為本書使用的符號，而按本書的符號定義，gamma是源於film再為video沿用。

Focal Press出版｢The Focal Digital Imaging A-Z｣

gamma In photographic sensitometry, gamma refers to the slope of the straight line portion of the characteristic curve of an emulsion. In digital imaging, it is a measure of the midtone image contrast, the relationship between input data from an electronic image and output data telling the monitor how to display an image. See Linear gamma.

Penguin Reference出版｢The Complete - Film – Dictionary｣

Gamma The Measurement of contrast in a film emulsion dependent on the change in development. The gamma is measured from the slope of the characteristic curve. The term "overall gamma" refers to the gamma produced from the range of films involved in creating the final image—e.g., from the negative, master positive or internegative, and release prints. See　characteristic curve.

取自｢電影製作指南｣

 綜上所述，與gamma關係密切的是characteristic curve。characteristic curve依｢現代影視技術辭典｣譯為｢感光特性曲線｣，柯達公司發行之｢電影製作指南｣(繁體中文版)稱之為｢特性曲線｣。而gamma所指涉(或探究)的，就是特性曲線中直線區段的斜率。為了讓人理解｢特性曲線｣，柯達公司發行過一本小冊子｢Basic Photographic Sensitometry Workbook｣。Sensitometry依｢現代影視技術辭典｣譯為｢感光測定學｣，｢英漢廣播電視技術詞滙｣、｢電影製作指南｣皆譯為｢感光學｣。

網路上有文章將特性曲線與人眼(對亮度的)視覺特性混為一談，認為gamma是基於人眼視覺特性而來；實則非也。

為什麼會有這種錯誤的聯想，我推測問題就出在｢曲線｣上。新時代的電子攝影機有了gamma特性的調整項目。而用來解說攝影機gamma特性或顯示不同gamma參數間差異的，都是曲線圖。所以很容易讓人誤認為gamma就一定是曲線的。而人類的視覺、聽覺特性並非線性的，是呈對數曲線的。於是，自然而然地就認為gamma是因人眼而起。實際上，gamma特性，和人類視覺特性並沒有直接關聯。換言之，肇因於忽略了gamma是用以表示特性曲線中，直線區段斜率的這一關鍵性的觀念。

取自Sony PMW-EX3 Broucher

或許會有人認為：前面說的是film時代的見解，現在是數位電影(攝影)的時代了，不同的時代有不同的gamma原理。然而，影視技術是有一定程度的沿襲的，不像自然、物理科學可以一夕推翻一切。電子攝影機在曝光系統的設計上沿襲自電影攝影機，而電影攝影機曝光系統的設計概念又沿襲自相機的曝光原理。百多年來，改變了"訊號處理"的技術、"媒材"，光圈的定義卻五湖四海皆準。為什麼？

的確，視訊的gamma意義和film的gamma意義，或有不同。但也不至於天差地別。依｢Television Fundamental｣一書中所說，電子雜訊容易干擾視訊，而出現在暗部的雜訊又比出現在亮部部的雜訊，容易為人視別。所以，較經濟的做法就是：對電視機動gamma的手腳，增加gamma讓訊號顯示(亮度)低於訊號(亮度)；然後在攝影機上動gamma的手腳(即gamma correction)，降低gamma讓訊號(拍攝亮度)高於拍攝物(亮度)；最後，兩者中和，呈現出來的即是接近gamma值1的(直線線性)畫面亮度。
 

取自｢An introduction to Digital Video / Focal Press｣

要特別注意的是，這一直線(線性)，是對數(logarithm)的線性。也就是說，訊號亮度變化的特性是對數的。

早期，在專業電子攝影機的brochure裡，是沒有人會特別去提gamma這件事的。因為電子攝影機最終是在電視機上播出，所以gamma的問題不成問題。但隨著DV普及，或說用電子攝影機拍攝電影日趨常見，電子攝影機gamma的問題(或噱頭)就慢慢浮上檯面了；因為基本上戲院放映端(拷貝)並沒有動、也沒辦法動gamma的手腳，而電子攝影機的gamma correction就會造放映畫面的明暗呈失準。但其實在電影配光(grading, 電影辭典/國家電影資料館) 這一關，是可以修正的回來的。

那究竟什麼是gamma？簡單來說，就是影像亮度由暗至亮的連續級距，其輸入與輸出間的變化(差異)關係。gamma值１，表示輸入與輸出的差異是線性的，斜率越陡對比越強，斜率越緩對比越弱。柯達出產的膠卷，都有特性曲線的說明資料，拍攝者可以依據拍攝需求(影像呈現效果需求)選擇適合型號的膠卷。那電子攝影呢？就來看看近來火熱的S-Log好了。從Sony｢S-Log White Paper ｣1.12.3版中的Characteristic curve of S-Log可以看出，S-Log的特性曲線也是呈現直線的。
 

取自Sony S-Log White Paper

至於像是PMW-EX3、PMW-350這類機型在brochure中強調的｢Selectable　Gamma Curve｣(Cine 1, 2, 3, 4)，Sony Picture Profiles中Knee、Gamma、Black、Black Gamma這類的項目，其實就是在改變電子攝影機gamma特性曲線的整體或部分特性。至於每一項參數的改變，到底是把特性曲線改變成什麼樣？就需要進一步透過ACCU Chart中的灰階測試圖，透過波形示波器才能較精確地掌握每一項的變化(修正)重點所在。

再回過頭來看film的時代。沒有這些曲線玩意，在意的是特性曲線的直線(線性)部分。目的就是求一個一致性，大家能有一個溝通的標準。從拍攝角度來看，底片的特性曲線已經是不變的了，那要如何讓場景的整體亮度zone system能呈現出導演所要的氛圍，就只有靠燈光的增減了。

取自Kodak彩色負片5207的Technical Data

拜科技之賜，電子攝影機可以內建數種特性曲線，針對亮部或暗部進行細部的曲線特性調節。往好處想，就是可以在攝製時，面對場景的燈光具有較靈活的應變能力。但往壞處想，就會變成在燈光上偷懶。而最可怕的是，對於特性曲線、gamma的觀念根本是錯誤的，亂用一通。看到網路上許多人，常將別人的電子攝影機參數設定視為至寶，實在是不足為取。

 

補充說明

人眼對亮度的視覺特性是對數的，可以用這樣的例子說明。假設人眼對亮度感知的特性是10的對數，那麼人眼對於亮度變化的感受是從1燭光跳躍至10燭光、100燭光、1000燭光…(這裡只是假設，實際是多少請請教視覺專家)。也就是說，從1燭光(或10燭光)增加至6燭光(或60燭光)的亮度，對人眼視覺知覺來說是感受不到明顯變化的。如果不用對數曲線圖而是用線性曲線圖，來表示人眼對亮度感知的特性，那麼這個圖表的x軸必須要用很大的版面才能有意義地呈現出人眼的亮度感知特性。