C# 影像處理：Gamma 校正完整實作與原理解析

Gamma 校正原理

Gamma 值描述人眼對光線亮度的非線性感知曲線。顯示裝置（螢幕）輸出亮度與輸入訊號通常呈冪次關係：

輸出亮度 ∝ 輸入訊號γ

Gamma 校正即透過反函數預先補償，使最終視覺感知趨於線性。

C# 核心實作

利用 System.Drawing 的 ImageAttributes.SetGamma 方法，由 GDI+ 硬體加速處理：

public static Bitmap KiGamma(Bitmap bmp, float val)
{
    if (bmp == null) return null;
    if (Math.Abs(val - 1.0f) < float.Epsilon) return bmp; // 無變化快速返回

    try
    {
        Bitmap result = new Bitmap(bmp.Width, bmp.Height);
        using (Graphics g = Graphics.FromImage(result))
        using (ImageAttributes attr = new ImageAttributes())
        {
            attr.SetGamma(val, ColorAdjustType.Bitmap);
            g.DrawImage(bmp, 
                new Rectangle(0, 0, bmp.Width, bmp.Height),
                0, 0, bmp.Width, bmp.Height,
                GraphicsUnit.Pixel, attr);
        }
        return result;
    }
    catch
    {
        return null; // 建議記錄異常而非吞沒
    }
}

參數說明

• val = 1.0：無變化
• val < 1.0：提亮影像（補償螢幕過暗）
• val > 1.0：壓暗影像（補償螢幕過亮）
• 建議範圍：0.2 ~ 5.0

效能與記憶體優化

1. using 區塊：確保 Graphics、ImageAttributes 及時釋放非託管資源
2. 避免頻繁建構：批次處理時重用 ImageAttributes 實例
3. 大圖處理：考慮分塊處理或使用 Bitmap.LockBits 直接操作像素

進階擴展：查表法 (LUT) 實作

對於即時影像處理，預計算 256 級查表更高效：

byte[] gammaLUT = new byte[256];
for (int i = 0; i < 256; i++)
{
    gammaLUT[i] = (byte)(255 * Math.Pow(i / 255.0, 1.0 / gamma));
}
// 套用至各色通道

應用場景

• 照片編輯器亮度/對比度調整
• 跨裝置色彩一致性校正
• 醫學影像增強顯示
• 遊戲引擎 HDR 色調映射