Матрица - это линейное преобразование. Гамма-коррекция (кривая мощности) является нелинейной. Умножение матрицы не может выполнить то же преобразование, что и гамма-кривая. Поэтому вам нужны оба.
Что касается того, «зачем вообще нужна гамма-кривая», то это сложнее. Чарльз Пойнтон Гамма FAQ имеет такое объяснение:
Яркость, генерируемая физическим устройством, обычно не является линейной функцией применяемого сигнала. Обычный ЭЛТ имеет степенной отклик на напряжение: яркость, создаваемая на лицевой стороне дисплея, приблизительно пропорциональна приложенному напряжению, повышенному до уровня 2,5. Числовое значение показателя степени этой степенной функции в разговорной речи известно как гамма. Эта нелинейность должна быть компенсирована для достижения правильного воспроизведения яркости.
Как уже упоминалось выше (что такое легкость?), Человеческое зрение имеет неоднородный воспринимающий ответ на яркость. Если яркость должна быть закодирована в небольшое количество шагов, скажем, 256, то для наиболее эффективного использования восприятия доступных кодов коды должны быть назначены уровням яркости в соответствии со свойствами восприятия.
... Благодаря удивительному совпадению, реакция зрения на яркость фактически является обратной к нелинейности ЭЛТ.
(Хотя мы больше не используем ЭЛТ, многие из этих стандартов были разработаны, когда мы это сделали.)