伽馬是數字成像系統的一個重要特徵，它定義了像素值與其實際亮度之間的關係。在標準顯示器上面，如果沒有伽馬，數碼相機拍攝到的陰影內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，屬於相似的概念。對於伽馬工作原理的理解，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。相機的感光特性爲線性的，如果傳感器收到兩倍的光子，那麼響應電信號也會提升至兩倍；人眼視覺特性是非線性的，感知亮度高於實際亮度，且實際亮度越小，感知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，人眼對於低亮部分的感知敏感度要高於高亮部分，從而使得視覺具有更廣的亮度適應範圍，一方面可以提高人類在夜晚對於危險的感知，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，在保存數字圖像時，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信息。由於經過伽馬編碼後，更加符合人眼視覺特性，所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，整個亮度範圍內的灰階基本呈現均勻分佈，從而確保了後續的圖像編輯，使得顏色和直方圖都能夠基於自然且感知均勻的色調。
由於真實世界的圖像通常至少具有256級灰階（8bit），足以打印出平滑連續的色調內容。如果改用線性編碼，則需要至少8倍的級別（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，從而保證輸出原始場景內容。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
每當將拍攝的圖像轉換爲JPEG或TIFF文件時，可以通過操作相機或者RAW開發軟件應用該功能。它可以將色調級別映射到感知均勻，從而更好地利用給定的位深。
2. 顯示伽馬
視頻卡或者顯示設備的綜合影響，通常可能會包含多組伽馬曲線。顯示伽馬的主要目的是用於補償圖像伽馬，從而確保顯示的圖像不會過亮。對於高對比度圖像，如果顯示伽馬過大，可能導致暗部細節損失。
3. 系統伽馬
整個圖像處理流程的所有伽馬的疊加效果，也稱爲“觀看伽馬”。爲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，爲了提高畫面對比度，可以將系統伽馬設定爲大於1.0的值，從而補償由於顯示設備的動態範圍或者非理想觀看條件和圖像光斑所引起的顯示限制。
圖像文件的伽馬
精準的圖像伽馬通常會採用配置文件的形式嵌入在圖像文件中。大多數的圖像文件（使用sRGB和Adobe RGB 1989色彩空間的圖像）均會採用1/2.2的編碼伽馬，RAW文件是個例外，它會使用線性伽馬。但是，在使用RAW圖像查看工具時，會假定標準編碼伽馬爲1/2.2，否則顯示的圖像會偏暗，如下圖所示。
對於沒有嵌入配置文件的圖像，通常也會假定假定標準編碼伽馬爲1/2.2。這種圖像通常包括：從網頁保存到本地的部分JPEG文件，以及許多PNG和GIF文件。
實際上，文件伽馬代表相機伽馬和編碼伽馬的組合。但是，因爲大多數的數碼相機都採用線性的感光方式，所以會將它們的伽馬假定爲1.0，除非相機廠商有特別的設定，纔會對文件伽馬有所影響。
顯示伽馬
顯示伽馬主要是對圖像伽馬進行補償，用於校正顯示設備或者調整顯示圖像的對比度，行業內通常採用2.2作爲顯示伽馬的標準值。下圖展示了顯示伽馬對於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，圖像伽馬爲1/2.2，對比實際拍攝場景，當顯示伽馬爲1.0時，由於沒有補償效果，系統伽馬與圖像伽馬一致，導致畫面過亮；當顯示伽馬爲1.8時，由於補償不足，畫面依然過亮；當顯示伽馬爲2.2時，剛好相互抵消，系統伽馬爲直線，真實反映拍攝場景；當顯示伽馬爲4.0時，由於補償過度，導致畫面過暗。
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）顯示器內部或視頻卡所使用的伽馬校正曲線。最終的顯示伽馬高度取決於顯示設備的類型。
1. CRT顯示設備
CRT的固有伽馬爲2.5，使用~1/1.1的校正係數，便可以達到2.2的顯示伽馬標準，通常製造商已經對該係數進行了默認設定。
2. LCD顯示設備
LCD通常需要使用查找表（LUT）的方式進行校正，以便達到2.2的顯示伽馬標準。
相關知識內容
- 動態範圍：伽馬編碼，一方面可以確保圖像數據的有效使用；另一方面，對於給定位深，它可以增加記錄的動態範圍。伽馬還可以通過改變圖像對比度，幫助顯示設備或打印機管理其有限的動態範圍。
- 伽馬校正：將伽馬應用於抵消某些前期操作的效果。
- 伽馬壓縮/擴展：分別指應用的伽馬小於或者大於1.0的情況。因此，文件伽馬可被視爲伽馬壓縮，顯示伽馬可被視爲伽馬擴展。
- 適用性：嚴格來講，伽馬是指遵循簡單冪律的色調曲線，但是它也經常用於描述其他色調曲線。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，雖然都不是標準的冪律曲線，但是其總體伽馬接近2.2。
- 是否必須使用伽馬？不是，比如RAW文件，因爲它使用線性伽馬，所以可以使用具有線性伽馬的顯示設備直接顯示圖像。