A GAMMA KORREKCIÓ MEGÉRTÉSE

A gamma gyakorlatilag minden digitális képalkotó rendszer fontos, de ritkán érthető jellemzője. Meghatározza a pixel számértéke és a tényleges fénysűrűsége közötti kapcsolatot. Gamma nélkül a digitális fényképezőgépek által rögzített árnyalatok nem jelennének meg olyannak, mint a szemünknek (egy szabványos monitoron). Ezt gamma-korrekciónak, gamma-kódolásnak vagy gamma-tömörítésnek is nevezik, de ezek mind hasonló fogalomra utalnak. A gamma működésének megértése javíthatja az expozíciós technikát, amellett, hogy a legtöbbet hozhatja ki a képszerkesztésből.

MIÉRT HASZNOS a GAMMA

1. Szemünk nem úgy érzékeli a fényt, mint a kameráka . Egy digitális fényképezőgép esetében, ha kétszer annyi foton éri az érzékelőt, kétszer akkora jelet kap ("lineáris" összefüggés). Elég logikus, nem? A szemünk nem így működik. Ehelyett a kétszeres fényt csak töredékével érzékeljük fényesebbnek – és egyre inkább a magasabb fényintenzitás esetén ("nemlineáris" kapcsolat).

Referenciahang Válassza ki:

Érzékelve 50%-ban Bright by Our Eyes

A kamera 50%-ban fényesnek érzékelte a kamera

Ha problémái vannak a grafikon értelmezésével, tekintse meg a Photoshop Curves eszköz oktatóanyagát.
Az összehasonlítás pontossága attól függ, hogy egy jól kalibrált monitor 2,2-es megjelenítési gammára van-e beállítva.
A tényleges érzékelés attól függ a nézési körülményektől függően, és más közeli hangok is befolyásolhatják.
A szélsőségesen halvány jeleneteknél, például csillagfényben, a szemünk elkezd lineárisan látni, mint a kamerák.

Egy fényképezőgéphez képest sokkal érzékenyebbek vagyunk a sötét tónusok változásaira, mint a világos tónusok hasonló változásaira. Ennek a sajátosságnak biológiai oka van:lehetővé teszi, hogy látásunk a fénysűrűség szélesebb tartományában működjön. Ellenkező esetben a tipikus fényerő-tartomány, amellyel a szabadban találkozunk, túlságosan elsöprő lenne.

De hogyan kapcsolódik mindez a gammához? Ebben az esetben a gamma az, ami a szemünk fényérzékenysége és a fényképezőgép fényérzékenysége között fordul elő. Amikor egy digitális képet mentünk, az „gamma-kódolt” – így a fájlban szereplő érték kétszerese jobban megfelel annak, amit kétszer olyan fényesnek látnánk.

Műszaki megjegyzés:A gamma meghatározása:V =V , ahol V a kimeneti fénysűrűség értéke és V a bemeneti/tényleges fénysűrűség érték. Ez a képlet a fenti kék vonalat görbíti. Ha gamma<1, a vonal felfelé ível, míg gamma>1 esetén ennek az ellenkezője történik.

2. A gamma kódolású képek hatékonyabban tárolják a hangszíneket . Mivel a gamma kódolás a tónusszinteket közelebb osztja el ahhoz, ahogyan szemünk érzékeli őket, kevesebb bitre van szükség egy adott hangtartomány leírásához. Ellenkező esetben több bitet fordítanának a világosabb tónusok leírására (ahol a kamera viszonylag érzékenyebb), és kevés bitet hagyna a sötétebb tónusok leírására (ahol a kamera viszonylag kevésbé érzékeny):

Eredeti↓ Csak 32 szinttel (5 bittel) kódolva Lineárisan kódolt Gammakódolás

Megjegyzés:A gamma kódolás feletti gradiens 1/2,2 szabványos értékkel látható.
Tekintse meg a bitmélységről szóló oktatóanyagot a szintek és a bitek közötti kapcsolat hátteréért.

Figyelje meg, hogy a lineáris kódolás nem használ elegendő szintet a sötét tónusok leírására – még akkor is, ha ez a világos tónusok leírására szolgáló szintek többletéhez vezet. Másrészt a gamma kódolású gradiens nagyjából egyenletesen osztja el a hangokat a teljes tartományban ("észlelésileg egyenletes"). Ez azt is biztosítja, hogy a későbbi képszerkesztés, a színek és a hisztogramok természetes, érzékelhetően egységes tónusokon alapuljanak.

A valós képeknek azonban általában legalább 256 szintje (8 bitje) van, ami elegendő ahhoz, hogy a tónusok egyenletesek és folyamatosak legyenek a nyomatokon. Ha ehelyett lineáris kódolást használnak, akkor 8X annyi szintre (11 bitre) lett volna szükség a képek poszterizálásának elkerüléséhez.

GAMMA MUNKAFOLYAMAT:KÓDOLÁS ÉS KORREKCIÓ

Mindezen előnyök ellenére a gamma kódolás bonyolultabbá teszi a képek rögzítésének és megjelenítésének teljes folyamatát. A következő lépés az, ahol a legtöbb ember összezavarodik, ezért lassan vegye ezt a részt. A gamma kódolású képen „gamma-korrekciót” kell alkalmazni, amikor megtekintik – ami hatékonyan visszaalakítja az eredeti jelenet világításává . Más szóval, a gamma kódolás célja a kép rögzítése – nem a kép megjelenítése. Szerencsére ezt a második lépést (a "kijelző gamma") automatikusan végrehajtja a monitor és a videokártya. A következő ábra szemlélteti, hogy mindez hogyan illeszkedik egymáshoz:

A RAW kamerakép
JPEG-fájlként van elmentve 1. A Gamma+JPEG képfájl
számítógép-monitoron tekinthető meg 2. Display Gamma=Net Effect
3. Rendszer Gamma

1. Egy képet ábrázol az sRGB színtérben (amely kb. 1/2,2 gamma segítségével kódol).
2. A 2,2-es szabványnak megfelelő kijelző gammát ábrázol

1. Kép Gammat . Ezt alkalmazza a fényképezőgép vagy a RAW fejlesztőszoftver, amikor a rögzített képet szabványos JPEG- vagy TIFF-fájllá alakítja. Újraelosztja a kamera natív tónusszintjét olyanokra, amelyek érzékelési szempontból egyenletesebbek, ezáltal a leghatékonyabban használja ki az adott bitmélységet.

2. Gamma megjelenítése . Ez a videokártya és a megjelenítő eszköz nettó hatására vonatkozik, tehát valójában több gammából is állhat. A megjelenítési gamma fő célja a fájl gammájának kompenzálása – ezáltal biztosítva, hogy a kép ne legyen irreálisan világosabb, amikor megjelenik a képernyőn. A nagyobb kijelző gamma sötétebb képet eredményez nagyobb kontraszttal.

3. Rendszer Gammat . Ez a képre alkalmazott összes gammaérték nettó hatását jelenti, és "megtekintési gamma"-nak is nevezik. Egy jelenet hű reprodukciója érdekében ennek ideális esetben közel kell lennie egy egyeneshez (gamma =1,0). Az egyenes vonal biztosítja, hogy a bemenet (az eredeti jelenet) megegyezzen a kimenettel (a képernyőn vagy a nyomtatásban megjelenő fény). A rendszer gamma azonban néha valamivel 1,0-nál nagyobbra van állítva a kontraszt javítása érdekében. Ez segíthet kompenzálni a megjelenítő eszköz dinamikatartományából, vagy a nem ideális nézési körülményekből és a képbecsillanásból adódó korlátozásokat.

KÉPFÁJL GAMMA

A pontos kép gammát általában a fájlba beágyazott színprofil határozza meg. A legtöbb képfájl 1/2,2-es kódolási gammát használ (például az sRGB és az Adobe RGB 1998 színt használók), de a nagy kivétel a RAW fájlok jelentik, amelyek lineáris gammát használnak. A RAW képnézegetők azonban általában ezeket mutatják, feltételezve, hogy a szabványos kódolási gamma 1/2,2, mivel egyébként túl sötétnek tűnnének:

Lineáris RAW-kép
(gamma-kép =1,0) Gamma kódolt kép
(gamma kép =1/2,2)

Ha nincs színprofil beágyazott, akkor általában 1/2,2-es szabványos gammát feltételezünk. A beágyazott színprofil nélküli fájlok általában sok PNG- és GIF-fájlt tartalmaznak, valamint néhány JPEG-képet, amelyeket a „mentés az internetre” beállítással hoztak létre.

Technikai megjegyzés a gamma fényképezőgéppel kapcsolatban . A legtöbb digitális fényképezőgép lineárisan rögzíti a fényt, ezért feltételezzük, hogy gammájuk 1,0, de a szélsőséges árnyékok és csúcsfények közelében ez nem biztos, hogy igaz. Ebben az esetben a gamma fájl a gamma és kódolás kombinációja. a kamera gamma. A kamera gammája azonban ehhez képest általában elhanyagolható. A fényképezőgépgyártók finom tónusgörbéket is alkalmazhatnak, amelyek szintén befolyásolhatják a fájl gammáját.

GAMMA KIJELZÉSE

Ez az a gamma, amelyet a monitor kalibrálásakor és a kontraszt beállításakor szabályoz. Szerencsére az iparág a 2.2-es szabványos kijelző gamma felé közeledett, így nem kell aggódni a különböző értékek előnyei/hátrányai miatt. A régebbi Macintosh számítógépek 1,8-as kijelző gammát használtak, aminek köszönhetően a nem Mac-es képek világosabbnak tűntek egy tipikus PC-hez képest, de ez már nem így van.

Emlékezzünk vissza, hogy a megjelenítési gamma kompenzálja a képfájl gamma értékét, és ennek a kompenzációnak a nettó eredménye a rendszer/teljes gamma. Szabványos gamma kódolású képfájl esetén (– ), a kijelző gamma megváltoztatása (– ) ezért a következő általános hatással lesz (— ) egy képen:

Display Gamma 1.0 Display Gamma 1.8 Display Gamma 2.2 Display Gamma 4.0

A diagramok azt feltételezik, hogy a kijelző 2.2-es szabványos gamma értékre lett kalibrálva.
Emlékezzünk vissza arra, hogy a képfájl gamma (– ) plusz a kijelző gamma (– ) egyenlő a teljes rendszer gammával (— ). Figyelje meg azt is, hogy a magasabb gammaértékek hatására a piros görbe lefelé hajlik.

Ha gondjai vannak a fenti táblázatok követésével, ne essen kétségbe! Érdemes először megérteni, hogy a tónusgörbék hogyan befolyásolják a kép fényerejét és kontrasztját. Ellenkező esetben egyszerűen megtekintheti a portréképeket a minőségi megértés érdekében.

A diagramok értelmezése . Az első kép (bal szélső) jelentősen kivilágosodik, mert a kép gamma (– ) a kijelző gamma (–) által nem korrigált ), ami egy általános rendszergammát (–). ), amely felfelé görbül. A második képen a kijelző gamma nem teljesen igazodik a képfájl gammájához, ami egy általános rendszergamma-t eredményez, amely még mindig kissé felfelé görbül (és ezért kissé világosabbá teszi a képet). A harmadik képen a kijelző gamma pontosan korrigálja a kép gammát, ami egy általános lineáris rendszergammát eredményez. Végül a negyedik képen a kijelző gamma túlkompenzálja a kép gammát, ami egy teljes rendszer gammát eredményez, amely lefelé görbül (ezáltal elsötétül a kép).

A teljes kijelző gamma valójában (i) a natív monitor/LCD gammából és (ii) magában a kijelzőn vagy a videokártya által alkalmazott gamma-korrekciókból áll. Azonban mindegyik hatása nagymértékben függ a megjelenítő eszköz típusától.

CRT monitorok LCD (síkképernyős) monitorok

CRT-monitorok. Egy furcsa mérnöki szerencsének köszönhetően a katódsugárcső natív gamma értéke 2,5 – majdnem a szemünk fordítottja. A gamma-kódolt fájlból származó értékek ezért közvetlenül a képernyőre küldhetők, és ezek automatikusan kijavításra kerülnek, és majdnem rendben jelennek meg. Azonban egy kis, ~1/1,1-es gamma-korrekciót kell alkalmazni a 2,2-es teljes megjelenítési gamma eléréséhez. Ezt általában már a gyártó alapértelmezett beállításai beállítják, de beállítható a monitor kalibrálása során is.

LCD-monitorok . Az LCD monitorok nem voltak ilyen szerencsések; a 2,2-es teljes kijelző gamma biztosítása gyakran jelentős korrekciókat igényel, és ezek sokkal kevésbé konzisztensek, mint a CRT-k. Az LCD-k ezért egy úgynevezett keresőtáblát (LUT) igényelnek annak biztosítására, hogy a bemeneti értékeket a tervezett kijelző gamma segítségével ábrázolják (többek között). A témával kapcsolatos további információkért tekintse meg a monitor kalibrálásáról szóló oktatóanyagot:keresési táblázatok.

Műszaki megjegyzés:A kijelző gamma kissé zavaró lehet, mert ezt a kifejezést gyakran a gamma-korrekcióval felcserélve használják, mivel javítja a gamma fájlhoz. A megadott értékek azonban nem mindig egyenértékűek. A gamma-korrekciót néha a kódolási gamma alapján határozzák meg, amelyet kompenzálni kíván, nem pedig a ténylegesen alkalmazott gamma alapján. Például az „1,5-ös gamma-korrekcióval” alkalmazott tényleges gamma gyakran egyenlő 1/1,5-tel, mivel az 1/1,5-ös gamma érvényteleníti az 1,5-ös gamma-értéket (1,5 * 1/1,5 =1,0). A magasabb gamma-korrekciós érték ezért világosabbá teheti a képet (a nagyobb kijelző gamma ellentéte).

EGYÉB MEGJEGYZÉSEK ÉS TOVÁBBI OLVASÁSOK

Az alábbiakban további fontos pontokat és pontosításokat sorolunk fel.

• Dinamikus tartomány . A gamma kódolás a képadatok hatékony felhasználásán túlmenően a rögzíthető dinamikatartományt is növeli egy adott bitmélység mellett. A gamma néha a kép kontrasztjának javításával is segíthet a kijelzőnek/nyomtatónak a korlátozott dinamikatartományának kezelésében (az eredeti jelenethez képest).
• Gamma-korrekció . A "gamma-korrekció" kifejezés valójában csak egy átfogó kifejezés arra az esetre, amikor a gammát valamilyen más korábbi gamma ellensúlyozására alkalmazzák. Ezért valószínűleg kerülni kell ennek a kifejezésnek a használatát, ha helyette az adott gammatípusra lehet hivatkozni.
• Gamma tömörítés és bővítés . Ezek a kifejezések olyan helyzetekre vonatkoznak, amikor az alkalmazott gamma kisebb vagy nagyobb, mint egy. A fájl gamma ezért gamma-tömörítésnek tekinthető, míg a kijelző gamma gamma-kiterjesztésnek tekinthető.
• Alkalmazhatóság . Szigorúan véve a gamma olyan hanggörbére utal, amely egy egyszerű hatványtörvényt követ (ahol V =V), de gyakran más hanggörbék leírására is használják. Például az sRGB színtér valójában nagyon alacsony fényerő mellett lineáris, de magasabb fényerő esetén görbét követ. Sem a görbe, sem a lineáris tartomány nem követi a szabványos gamma-hatványtörvényt, de a teljes gamma értéke 2,2-re van közelítve.
• Szükséges a gamma? Nem, a lineáris gamma (RAW) képek továbbra is úgy jelennének meg, ahogy a szemünk látta őket – de csak akkor, ha ezeket a képeket lineáris gamma-kijelzőn jelenítik meg. Ez azonban érvénytelenné tenné a gamma azon képességét, hogy hatékonyan rögzítse a hangszíneket.

Ha többet szeretne megtudni erről a témáról, keresse fel a következő oktatóanyagokat is:

• Digitális expozíciós technikák:Exponálás jobbra, vágás és zaj
  Tudja meg, hogy a gamma- és lineáris RAW-fájlok miért befolyásolják a fénykép optimális expozícióját.
• A monitor kalibrálása fényképezéshez
  Ismerje meg, hogyan állíthatja be pontosan a számítógép kijelzőjének gammáját.