а косинус-то тут при чем?

зачем по всему кадру? Достаточно относительно небольшой области с почти одинаковой освещенностью. Было, к примеру, 87+/-3, стало 150+/-5. Точку 87 передвигаем в 150. Поскольку нам не нужно точное попадание в какие-то координаты (ровно 90, и никак по-другому), то градуировка серой шкалы не существенна - главное, чтобы ступунек было с запасом. Для борьбы с виньетированием просто не залезаем на края, и перепад яркостей в фрагменте будет невелик.