Гамма-коефіцієнт або просто гамма визначає відношення між чисельним значенням пікселя і його дійсної світність. Без корекції гами темні тони, зняті цифровими камерами, не виглядали б так, як їх бачать наші очі. Однак гамма властива не тільки камерам - власну гаму мають файли зображень, екрани і практично будь-який інший пристрій відображення. Говорячи про корекцію гамми, кодуванні гами або компресии (стисканні) гами, мають на увазі одне й те саме поняття. Розуміння того, що собою являє гамма, може допомогти поліпшити техніку експозиції, а також отримати максимум з обробки зображень.
Навіщо потрібна корекція гами
1. Наші очі бачать інакше, ніж камери. У цифровій камері подвійну кількість фотонів, що потрапляють на сенсор, означає подвоєння сигналу (залежність «лінійна»). Цілком логічно, так? Однак наші очі влаштовані інакше. Для нас збільшення освітленості вдвічі означає, що світло стало злегка яскравіше (залежність «нелінійна»).
Сприймається очима,
як половинна яскравість
Визначається камерою,
як половинна яскравість
У порівнянні з камерами ми більш чутливі до щонайменших змін темних відтінків і менш чутливі до досить великих змін в яскравих тонах. Для такої дивацтва є свої біологічні причини: це дозволяє нашому зору працювати в більш широкому діапазоні освітленості. В іншому випадку типовий діапазон яркостей, з яким ми стикаємося на вулиці, був би нестерпний.
Але яке відношення це все має до гамі? В даному випадку гамою ми називаємо перетворення до світлочутливості наших очей показань камери. Коли зберігається цифрове зображення, воно піддається «гамма-кодування» - так щоб подвоєння значення у файлі ближче відповідало тому, що ми сприймаємо як подвоєння яскравості.
Технічне примітка: гамма визначається співвідношенням Vout = Vin gamma. де Vout - це підсумкова яскравість, а Vin - це вихідна / дійсна яскравість. Ця формула відображається показаним вище графіком.
2. Гамма-кодовані зображення зберігають відтінки більш ефективно. Оскільки гамма-кодування перерозподіляє тональні рівні ближче до того, як їх сприймають наші очі, для опису обраного діапазону тонів потрібно менше біт. В іншому випадку на яскраві тони (де камера має більшу чутливість) виділялося б надмірно багато біт, а на темних тонах (де камера менш чутлива) позначалася б їх нестача:
Примітка: для гамма-кодування градієнта застосовувалося стандартне значення 1 / 2.2
Основи взаємозв'язку між тонами і битами розкриті в статті, присвяченій глибині кольоровості.
Зверніть увагу, що лінійне кодування використовує недостатньо рівнів для опису темних тонів - хоча це і дає надлишок рівнів для опису яскравих тонів. З іншого боку, гамма-кодований градієнт розподіляє тони практично рівномірно по всьому діапазону ( «перцептивно уніформно»). Тим самим гарантується, що при подальшій обробці зображення кольору і гістограми засновані на природних, перцептивно уніформно тонах.
Насправді зображення мають як мінімум 256 рівнів (8 біт), що цілком достатньо для того, щоб тональні переходи виглядали в відбитку гладко і безперервно. Якби використовувалося лінійне кодування треба було б в 8 разів більше рівнів (11 біт), щоб уникнути постерізациі зображення.
Обробка гами: кодування і корекція
RAW-зображення
з камери зберігається
в JPEG-файлі
JPEG на екрані монітора
1. Описує зображення в просторі кольоровості sRGB (в якому коефіцієнт гами близький до 1 / 2.2).
2. Описує гаму дисплея, еквівалентну стандарту 2.2
1. Гамма файлу. Це перетворення застосовується камерою або програмою обробки RAW при перетворенні в стандартний файл JPEG або TIFF. Воно перерозподіляє властиві камері тональні рівні в перцептивно уніформно, тим самим забезпечуючи найбільш ефективне використання доступної глибини кольоровості.
гамма зображення
Справжня гамма зображення, збереженого у файлі, визначається 1) гамою камери (часто просто лінійної) і 2) гамма-кодуванням зображення з супутнім профілем кольоровості.
лінійний RAW
(Гамма = 1.0)
Гамма-кодування
(Профіль sRGB, гамма = 1 / 2.2)
Технічне примітка: гамма камери. Більшість цифрових камер записують світло лінійно, так що їх гамма зазвичай приймається за близьку до ідеальної. Однак, в дійсності найбільш яскраві і темні тони можуть відхилятися від гами 1.0, і в цьому випадку гамма файлу може являти собою комбінацію гами кодування, накладеної на гаму камери. Втім, гамма камери надає практично незначний вплив. Виробники камер можуть також застосовувати невеликі тональні криві. які теж впливають на гаму файлу.
гамма дисплея
Гамма дисплея - єдина складова, яка зазвичай піддається корекції (з використанням калібраторів монітора і регуляторів яскравості / контрасту). На щастя, індустрія зійшлася на стандартній гамі дисплея 2.2, так що немає підстав турбуватися з приводу достоїнств і недоліків різних значень. Старі комп'ютери Macintosh використовували гаму дисплея 1.8, внаслідок чого зображення, підготовлені на ПК з їх стандартною гамою 2.2, виглядали на маках кілька яскравіше, але ця неоднозначність більше не має місця.
Для стандартного гамма-кодованого файлу зміна гами дисплея буде мати наступне вплив на яскравість і контраст зображення:
РК (плоскі) монітори
ЕПТ Монітори. Народжена під непарної інженерної зіркою, власна гамма електронно-променевої трубки становить 2.5 - практично зворотну для наших очей. Як наслідок, значення з гамма-кодованого файлу можуть бути передані безпосередньо на екран, де вони автоматично скорректируются і будуть виглядати практично нормально. Однак для досягнення сумарної гами дисплея 2.2 необхідно застосувати невелику корекцію гами порядку 1 / 1.1. Зазвичай вона вже встановлена виробником, проте можна підібрати точні значення шляхом калібрування монітора.
Технічне примітка: гамма дисплея може дещо збивати з пантелику, оскільки цей термін часто використовують замість гамма-корекції, оскільки вона коригує гаму файлу. Однак значення цих термінів не в усьому збігаються. Корекція гами часом задається в термінах гами кодування, яку вона покликана компенсувати, - замість фактично застосовуваної гами. Наприклад, при «гамма-корекції 1.5» фактично застосовується гамма може становити 1 / 1.5, оскільки гамма 1 / 1.5 компенсує гаму 1.5 (1.5 * 1 / 1.5 = 1.0). Як наслідок, збільшення гамма-корекції може зробити зображення яскравіше (на відміну від збільшення гами дисплея).
Примітки та матеріали по темі
Далі слідують необхідні пояснення і важливі зауваження.
- Динамічний діапазон. До того ж до забезпечення ефективного використання даних про зображення гамма-кодування також в дійсності збільшує зберігається динамічний діапазон при заданій глибині кольоровості. Гамма може також часом допомогти дисплею або принтеру краще використовувати свій обмежений (порівняно з вихідною сценою) динамічний діапазон, поліпшивши контрастність зображення.
- Гамма-корекція. Термін «гамма-корекція» в дійсності є універсальним способом опису процесу застосування гами з метою компенсації раніше накладеної гами. Мабуть, варто уникати застосовувати такий узагальнений термін там, де можна використовувати більш конкретний.
- Стиснення і розширення гами. Ці терміни відображають ситуації, коли застосовується гамма більше або менше одиниці, відповідно. Гамма файлу, як наслідок, може розглядатися як гамма-компресія (стиснення гами), а гаму дисплея можна розглядати, як гаммма-розширення.
- Застосовність. Строго кажучи, термін «гамма» застосовується лише до тональної кривої, яка випливає простий статечної функції (Vout = Vin gamma), однак найчастіше гамою називають і інші тональні криві. Наприклад, простір кольоровості sRGB в дійсності є лінійним для гранично низької освітленості, проте далі, при самих яскравих тонах, воно слід кривої насичення. Ні крива насичення, ні лінійна ділянка не належать графіку статечної функції, однак узагальнена гамма приймається приблизно рівною 2.2.
