1什么是Gamma？

Gamma的概念源自于CRT響應曲線，最開始是用于反映顯像管的圖像亮度與輸入電子槍的信號電壓之間，非線性關系的一個參數。對于CRT顯示器而言，電子流大小影響顯示的圖像亮度大小，而電子流大小與輸入電壓間成指數關系，圖1所示：

圖1

因此，簡單地說，Gamma是用來表征顯示器亮度響應特性的一個參數。通常CRT顯示器的顯示亮度與輸入電平的關系接近一條曲線，圖2所示；水平方向表示輸入的電平，縱向表示顯示的亮度。

對圖2進行歸一化處理后，得到圖3所示的曲線，該曲線與函數y=x?（n=2.2）非常接近。這個就是顯示屏的亮度響應曲線，指數2.2就是Gamma值。

CRT顯示屏的Gamma值為2.2是因為這樣的顯示特性比較符合人眼視覺特性：

①Gamma偏大：整體圖像偏暗，暗場景中的細節容易丟失；

②Gamma偏小：整體圖像偏亮，圖像變得朦朧，層次感變差。

圖4左邊是不同Gamma的響應曲線，右邊是16灰階圖像的對比。

從圖中可以看到：

①γ=1.8時，整體偏亮，層次感較差

②γ=2.6時，整體偏暗，最左邊兩個暗階已經無法分辨開

只有γ=2.2時，各灰階的整體層次感較好。

由于發光原理的不同，液晶顯示屏的亮度響應曲線與CRT的不同，是一條“S”形曲線，Gamma值較大，如下圖所示：

2TFT-LCD 為什么要校正Gamma

對于 TFT 液晶顯示器來說，將調節輸入的電壓信號大小來在屏幕上產生相應的亮度輸出，就是說通過改變輸入電壓的大小來達到控制顯示器的顯示亮度，但是屏幕上的顯示的亮度與輸入的電壓信號不成正比。液晶顯示器的輸入電壓值 (V)與透射率(T) 之間的關系稱為 V-T 關系曲線，也就是光電曲線。液晶顯示器的顯示單元是液晶盒，因此 V-T 關系曲線實際上反應了液晶盒的電光響應特性。人的眼睛觀察液晶顯示器時，亮度大小的變化會相應地引起人眼明暗感覺變化，而當亮度不提高時，人眼視覺的明暗變化會不斷趨于飽和。

液晶顯示器屏上所顯示的圖像由最高到最暗可分為許多的灰階，不同灰階的亮度通過不同灰階上的gamma指數函數來決定。就液晶顯示器來說，不同的輸入電壓信號會在屏幕上產生不同的亮度輸出，但當液晶顯示的亮度與輸入的電壓信號不是正比時，就可能會存在顯示圖像的失真，這種失真是由于人的眼睛對光的感應的原因。在人的眼睛對光的感應上，因為一般人的眼睛能識別的最大分辨的差異是在 1/100，就是說如果在 100 根燭光的圖像中你最大可能識別出來的是 99 根燭光或者是 101 根燭光，但是如果你在一個比較暗的環境中觀察暗畫面，比如 1 根燭光時，這時你能分辨出 0.01 燭光的亮度差異，也是說在當 1根燭光以下一般人也能分出 100 多個的灰階，但是因為液晶顯示器在全暗的圖像時最低能表現的是只有才 0.4~0.8 根燭光。

一般所說的對比度，是指顯示畫面中的最亮除以最暗的亮度。當液晶顯示器如果要完整的表現出高度真實的圖像時，無論是高亮度的圖像或低亮度的畫面圖像都能表現時，就需要LCD的對比度要在 5000:1 以上，而我們的TFT LCD目前最大一般只能做出1200:1左右，我們就必須用gamma修正來作補償

Gamma曲線就是液晶顯示器的電光響應的曲線，也是人的眼睛對光的一種感應曲線。對一個常人來說，人眼對光線的感應是一條非線性的光電曲線,并且對液晶顯示器上的顯示出的光線會感應出不一樣的曲線，因此在設計LCD時，設計出專門的gamma曲線，以滿足對人的眼睛的感光細胞，達到心理上良好的視覺效果。實際的景色環境，只有正確設置gamma曲線才可以獲得最真實的視覺感受。

Gamma的大小對顯示的影響至關重要，大小不同的Gamma值參數設定對LCD的亮度有較大的差別，當gamma比較小的時候，在高亮的地方的灰階差異比較大，更能清晰顯示高亮的灰階，當gamma值比較小時，在低亮的灰階的差異比較大，更能清晰顯示低亮的灰階，所以gamma需選擇一個適合值，才能將顯示的亮度表現到最佳。對于全國電視系統委員會制式(National Television Systems Committee，NTSC)色域機制，gamma取 2.2為考慮人眼觀測舒適度時的最佳取值。

每一個模塊都有一個液晶的光電曲線，不同的曲線對應不同的效果。每一個模組 (Liquid Crystal Module，LCM)的最后得到的光電曲線，由二部分決定。一部分是液晶上的光電曲線，另一部分是驅動 IC 上的驅動電壓曲線，這二部分的最后綜合的結果，就是我們可以在液晶顯示器上看到的畫面。尋找一種合適的方法，校正 TFT LCM的 gamma 為 2.2，適合人眼的觀察需要。

3Gamma的校正原理

由于人眼視覺對光線亮度的感受程度并非是線性，這非線性的關系與液晶模型本身的轉換比例的曲線并不相符。人眼視覺感覺舒適的亮度與液晶顯示屏幕為一理想的線性系統是相違背的。

換言之，液晶顯示屏幕原本預期屏幕為一理想的線性系統，所以輸出線性的數字影像數據，即是液晶顯示屏幕期望多少亮度就必須由顯示驅動送出對應的數字影像數據，此時使用 gamma 值的參數值為 1來表示液晶顯示屏幕輸出線性的數字影像數據給屏幕，但由于液晶模型本身的特性所致，造成傳送轉換比例的曲線，呈現出來的亮度關系也并非是眼所感覺的亮度，因為人眼所感覺光的亮度為 Gamma=2.2~2.5。所以我們須將液晶模型本身特性所致的傳送轉換比例的曲線校正為人眼所預期的亮度即設置Gamma=2.2~2.5。

由于人的眼睛感受顯示器的亮度強度是呈現指數函數關系，通常是以Gamma 參數值來表示，如圖2-4，然而TFTLCD 顯示的亮度不是人眼所預期的Gamma=2.2，所以我們必須要有 Gamma校正的機制，使得TFT LCD呈現出來的亮度是與人眼感覺相符。

基本的原理是，類似模仿陰極射線管CRT的響應特性，TFT LCD顯示通過電光轉換的方法將電信號轉換為光信號，液晶屏的透過率與電壓的關系是非線性的，需要在轉換系統過程中對于這一非線性關系進行補償。同樣，人眼視覺對于光亮度的反應亦具有非線性的感知關系，大致呈指數關系。

光亮度與人眼對灰度的識別是指數函數，人眼可以分辨出大于 1%的光強度差。實現顯示圖像的再生過程，需要對人眼的感知與輸入電信號之間的非線性關系進行補償，所以gamma校正便是對這種非線性關系的補償，下圖為光電傳輸在信號輸入與人眼感知之間的轉換關系圖。通常LCD Gamma值設定為 2.2，當Gamma數值不符合人眼的感知，圖像將表現為暗處和亮處的灰階信號丟失這會直接影響到視頻處理和圖像質量

一個顯示器的顯示，是由反映景物的初始數據，經驅動電路驅動顯示不同灰階而顯示出圖像，最后由人眼接收到這個景物，由圖 2-5 所示。為了顯示效果的更加好，保證圖像的層次感，LCD 顯示由最亮到最暗可分為 N 級灰度不同灰度級的亮度 L 由灰度級數、背光源亮度及選定的 gamma 值確定。TFT-LCD 圖像顯示滿足亮度公式，其中 Kbacklight 為背光源亮度，GL 為灰度級，γ為調解系數即 gamma 系數，T為液晶盒的透過率。

校正過程是通過對于模組驅動電壓的調節，使灰度級與亮度數量關系的歸一化曲線滿足 gamma 值為 2.2 時，如見圖 2-6 所示，TFT LCD 的圖像能夠達到較好的還原效果

gamma電壓設定：

硬件方面：gamma電阻串分壓

軟件方面：寄存器寫入

4Gamma異常的影響因素分析

在排除模組異常的情況下，Panel的Gamma調整出現異常，從Panel層面來分析，就是分析影響灰階透過亮度的因子，分解如下：

①TFT側：各層線幅、膜厚——通過電壓影響液晶的偏轉

②液晶盒內：

液晶的預傾角——影響液晶偏轉

盒厚——直接影響光的透過情況

③CF側：

各層膜厚——影響光的透過率，影響灰階灰度

RGB、BM的寬度——影響開口率，影響光的透過率

PS的高度——影響盒厚

5結束語

TFT LCD的 gamma 校正過程主要是根據以上所說的理論基礎上進行的。要想達到 gamma 2.2 的顯示效果，首先要做的是測試 LCD 的光電曲線，了解LCD 的光電曲線上才能進一步進行后續的調試。然后是根據光電曲線，再結合使用驅動 IC 的條件來計算各驅動電壓，如 Vcom、Vsouce 等，同時需考慮并避免 LCD 的顯示出現閃爍問題，并根據實際的情況選擇合適的驅動電壓，并根據驅動 IC 的軟件參數情況來設置各電壓值。最終使gamma值接近2.2的水平。

審核編輯：湯梓紅