RAZUMIJEVANJE GAMMA KOREKCIJE

Gama je važna, ali rijetko shvaćena karakteristika gotovo svih sustava digitalne slike. Definira odnos između numeričke vrijednosti piksela i njegove stvarne svjetline. Bez gama, nijanse snimljene digitalnim fotoaparatima ne bi izgledale onako kako su izgledale našim očima (na standardnom monitoru). Naziva se i gama korekcijom, gama kodiranjem ili gama kompresijom, ali svi se odnose na sličan koncept. Razumijevanje načina na koji gama funkcionira može poboljšati nečiju tehniku ​​ekspozicije, osim što će vam pomoći da najbolje iskoristite uređivanje slika.

ZAŠTO JE GAMMA KORISNA

1. Naše oči ne percipiraju svjetlost na način na koji to čine kamere . Kod digitalne kamere, kada dvostruki broj fotona pogodi senzor, on prima dvostruko veći signal ("linearni" odnos). Prilično logično, zar ne? Naše oči ne rade tako. Umjesto toga, percipiramo dvostruko više svjetla kao samo djelić svjetlije — i to sve više za veće intenzitete svjetla ("nelinearan" odnos).

Referentni ton Odaberi: je otkrila 50% svjetline

Doživljava se kao 50% kao Bright naše oči

Kamera

Pogledajte vodič o alatu za krivulje Photoshopa ako imate problema s tumačenjem grafikona.
Točnost usporedbe ovisi o tome imate li dobro kalibriran monitor postavljen na gamu prikaza od 2,2.
Stvarna percepcija ovisit će na uvjete gledanja, a na to mogu utjecati i drugi tonovi u blizini.
Za izrazito zatamnjene scene, kao što je pod svjetlošću zvijezda, naše oči počinju vidjeti linearno kao što vide kamere.

U usporedbi s fotoaparatom, puno smo osjetljiviji na promjene tamnih tonova nego na slične promjene svijetlih tonova. Postoji biološki razlog za ovu osobitost:ona omogućuje našem vidu da djeluje u širem rasponu osvjetljenja. Inače bi tipični raspon svjetline s kojim se susrećemo vani bio prevelik.

Ali kako se sve ovo odnosi na gamu? U ovom slučaju, gama je ono što se prevodi između svjetlosne osjetljivosti našeg oka i osjetljivosti kamere. Kada se digitalna slika spremi, ona je stoga "gama kodirana" — tako da dvostruka vrijednost u datoteci točnije odgovara onome što bismo doživjeli kao dvostruko svjetlije.

Tehnička napomena:gama je definirana s V =V , gdje je V izlazna vrijednost osvjetljenja, a V ulazna/stvarna vrijednost osvjetljenja. Ova formula uzrokuje zakrivljenje gornje plave linije. Kada je gamma<1, linija se izvija prema gore, dok se suprotno događa s gamma>1.

2. Gama kodirane slike učinkovitije pohranjuju tonove . Budući da gama kodiranje redistribuira razine tonova bliže onome kako ih naše oči percipiraju, potrebno je manje bitova za opis određenog raspona tonova. Inače bi se višak bitova posvetio opisivanju svjetlijih tonova (gdje je kamera relativno osjetljivija), a manjak bitova ostavio bi se za opisivanje tamnijih tonova (gdje je kamera relativno manje osjetljiva):

Original↓ Kodiran pomoću samo 32 razine (5 bita) Linearno kodirano Gama kodirano

Napomena:iznad gama kodirani gradijent prikazan je korištenjem standardne vrijednosti 1/2,2
Pogledajte vodič o dubini bita za pozadinu o odnosu između razina i bitova.

Primijetite kako linearno kodiranje koristi nedovoljne razine za opisivanje tamnih tonova — iako to dovodi do viška razina za opisivanje svijetlih tonova. S druge strane, gama kodirani gradijent raspoređuje tonove približno ravnomjerno po cijelom rasponu ("perceptivno uniformno"). Ovo također osigurava da se naknadno uređivanje slika, boja i histogrami temelje na prirodnim, perceptivno ujednačenim tonovima.

Međutim, slike iz stvarnog svijeta obično imaju najmanje 256 razina (8 bita), što je dovoljno da tonovi izgledaju glatko i kontinuirano u ispisu. Da se umjesto toga koristi linearno kodiranje, bilo bi potrebno 8x više razina (11 bitova) da se izbjegne posterizacija slike.

GAMMA TIJEK RADA:KODIRANJE I ISPRAVLJANJE

Unatoč svim ovim prednostima, gama kodiranje dodaje sloj složenosti cijelom procesu snimanja i prikazivanja slika. Sljedeći je korak ono gdje se većina ljudi zbuni, stoga polako krenite s ovim dijelom. Gama kodirana slika mora imati primijenjenu "gama korekciju" kada se gleda — koja je učinkovito pretvara natrag u svjetlo izvorne scene . Drugim riječima, svrha gama kodiranja je snimanje slike - a ne prikazivanje slike. Srećom, ovaj drugi korak ("gama zaslona") automatski izvode vaš monitor i video kartica. Sljedeći dijagram ilustrira kako se sve ovo slaže:

RAW slika kamere
spremljena je kao JPEG datoteka 1. Datoteka slike Gamma+JPEG gleda se
na monitoru računala 2. Gama prikaza=Neto učinak
3. Sustav gama

1. Prikazuje sliku u sRGB prostoru boja (koji kodira koristeći gamu od približno 1/2,2).
2. Prikazuje gama zaslona jednaku standardu od 2,2

1. Gama slike . Ovo primjenjuje vaš fotoaparat ili softver za razvoj RAW formata kad god se snimljena slika pretvori u standardnu ​​JPEG ili TIFF datoteku. Redistribuira izvorne razine tonova kamere u one koje su perceptualno ujednačenije, čime se najučinkovitije koristi određena dubina bita.

2. Gama zaslona . Ovo se odnosi na ukupni utjecaj vaše video kartice i uređaja za prikaz, tako da se zapravo može sastojati od nekoliko gama. Glavna svrha gama prikaza je kompenzirati gamu datoteke — čime se osigurava da slika nije nerealno posvijetljena kada se prikaže na vašem zaslonu. Viša gama zaslona rezultira tamnijom slikom s većim kontrastom.

3. Gama sustava . Ovo predstavlja neto učinak svih gama vrijednosti koje su primijenjene na sliku, a naziva se i "gama gledanja". Za vjernu reprodukciju scene, idealno bi trebalo biti blizu ravne linije (gama =1,0). Ravna linija osigurava da je ulaz (izvorna scena) isti kao i izlaz (svjetlo prikazano na vašem zaslonu ili u ispisu). Međutim, gama sustava ponekad je postavljena nešto više od 1,0 kako bi se poboljšao kontrast. To može pomoći u kompenzaciji ograničenja zbog dinamičkog raspona uređaja za prikaz ili zbog neidealnih uvjeta gledanja i odbljeska slike.

GAMA SLIKOVNE DATOTEKE

Precizna gama slike obično se određuje profilom boja koji je ugrađen u datoteku. Većina slikovnih datoteka koristi gamu kodiranja od 1/2,2 (poput onih koje koriste sRGB i Adobe RGB 1998 boju), ali velika su iznimka RAW datoteke koje koriste linearnu gamu. Međutim, preglednici RAW slika obično ih prikazuju uz pretpostavku standardne game kodiranja od 1/2,2 jer bi inače izgledale pretamne:

Linearna RAW slika
(gama slike =1,0) Gama kodirana slika
(gama slike =1/2,2)

Ako nije ugrađen profil boja, obično se pretpostavlja standardna gama od 1/2,2. Datoteke bez ugrađenog profila boja obično uključuju mnoge PNG i GIF datoteke, uz neke JPEG slike koje su stvorene korištenjem postavke "spremi za web".

Tehnička napomena o Camera Gamma . Većina digitalnih fotoaparata snima svjetlost linearno, pa se pretpostavlja da je njihova gama 1,0, ali u blizini ekstremnih sjena i svijetlih tonova to možda neće vrijediti. U tom slučaju gama datoteke može predstavljati kombinaciju gama kodiranja i gama fotoaparata. Međutim, gama kamere obično je zanemariva u usporedbi. Proizvođači fotoaparata također mogu primijeniti suptilne krivulje tonova, što također može utjecati na gamu datoteke.

GAMA PRIKAZA

Ovo je gama kojom upravljate kada izvodite kalibraciju monitora i prilagođavate postavku kontrasta. Srećom, industrija se približila standardnoj gami zaslona od 2,2, tako da se ne treba brinuti o prednostima i nedostacima različitih vrijednosti. Starija macintosh računala koristila su gamu zaslona od 1,8, zbog čega su slike koje nisu Mac izgledale svjetlije u odnosu na tipična računala, ali to više nije slučaj.

Podsjetimo se da gama prikaza kompenzira gamu slikovne datoteke i da je neto rezultat ove kompenzacije sustav/ukupna gama. Za standardnu ​​gama kodiranu slikovnu datoteku (— ), mijenjanje gama prikaza (— ) stoga će imati sljedeći ukupni učinak (— ) na slici:

Gama zaslona 1.0 Gama zaslona 1.8 Gama zaslona 2.2 Gama zaslona 4.0

Dijagrami pretpostavljaju da je vaš zaslon kalibriran na standardnu ​​gamu od 2.2.
Prisjetite se da je gama slikovne datoteke (— ) plus gama prikaza (— ) jednaka je ukupnoj gami sustava (— ). Također primijetite kako veće gama vrijednosti uzrokuju savijanje crvene krivulje prema dolje.

Ako imate problema s praćenjem gornjih tablica, nemojte očajavati! Dobro je prvo razumjeti kako tonske krivulje utječu na svjetlinu i kontrast slike. Inače možete samo pogledati portretne slike za kvalitativno razumijevanje.

Kako tumačiti grafikone . Prva slika (sasvim lijevo) postaje znatno posvijetljena jer gama slike (— ) nije ispravljen gamom prikaza (— ), što rezultira ukupnom gamom sustava (— ) koja je zakrivljena prema gore. Na drugoj slici gama prikaza ne ispravlja u potpunosti gamu slikovne datoteke, što rezultira cjelokupnom gamom sustava koja je još uvijek malo zakrivljena prema gore (i stoga i dalje lagano posvjetljuje sliku). Na trećoj slici gama prikaza točno ispravlja gamu slike, što rezultira ukupnom gamom linearnog sustava. Konačno, na četvrtoj slici gama prikaza prekomjerno kompenzira gamu slike, što rezultira cjelokupnom gamom sustava koja je zakrivljena prema dolje (čime se slika zatamnjuje).

Ukupna gama zaslona zapravo se sastoji od (i) izvorne gama monitora/LCD-a i (ii) svih gama korekcija primijenjenih unutar samog zaslona ili video kartice. Međutim, učinak svakoga uvelike ovisi o vrsti uređaja za prikaz.

CRT monitori LCD (Flat Panel) monitori

CRT monitori. Zbog čudne inženjerske sreće, izvorna gama CRT-a je 2,5 — gotovo obrnuto od naših očiju. Vrijednosti iz gama-kodirane datoteke stoga bi se mogle poslati ravno na ekran i automatski bi se ispravile i izgledale gotovo OK. Međutim, potrebno je primijeniti malu gama korekciju od ~1/1,1 kako bi se postigla ukupna gama prikaza od 2,2. Ovo je obično već postavljeno prema zadanim postavkama proizvođača, ali se također može postaviti tijekom kalibracije monitora.

LCD monitori . LCD monitori nisu bili te sreće; osiguravanje ukupne gama zaslona od 2,2 često zahtijeva značajne korekcije, a također su mnogo manje dosljedni od CRT-a. LCD-i stoga zahtijevaju nešto što se naziva tablica pretraživanja (LUT) kako bi se osiguralo da su ulazne vrijednosti prikazane pomoću predviđene gama prikaza (između ostalog). Više o ovoj temi potražite u vodiču za kalibraciju monitora:tablice pretraživanja.

Tehnička napomena:Gama prikaza može biti malo zbunjujuća jer se ovaj izraz često koristi kao sinonim za gama korekciju, budući da ispravlja za datoteku gama. Međutim, vrijednosti dane za svaki nisu uvijek ekvivalentne. Gama korekcija se ponekad navodi u smislu game kodiranja koju nastoji kompenzirati - a ne stvarne game koja se primjenjuje. Na primjer, stvarna gama primijenjena s "gama korekcijom od 1,5" često je jednaka 1/1,5, jer gama od 1/1,5 poništava gamu od 1,5 (1,5 * 1/1,5 =1,0). Veća vrijednost gama korekcije bi stoga mogla posvijetliti sliku (suprotno od više gama prikaza).

OSTALE NAPOMENE I DODATNO ČITANJE

Ostale važne točke i pojašnjenja navedeni su u nastavku.

• Dinamički raspon . Osim što osigurava učinkovitu upotrebu slikovnih podataka, gama kodiranje također zapravo povećava dinamički raspon koji se može snimiti za određenu dubinu bita. Gama ponekad također može pomoći zaslonu/pisaču u upravljanju ograničenim dinamičkim rasponom (u usporedbi s izvornom scenom) poboljšavajući kontrast slike.
• Gama korekcija . Izraz "gama korekcija" zapravo je samo sveobuhvatna fraza kada se gama primjenjuje za pomak neke druge ranije gama. Stoga bi vjerojatno trebalo izbjegavati korištenje ovog izraza ako se umjesto njega može referirati na specifični tip gama.
• Gama kompresija i ekspanzija . Ovi pojmovi se odnose na situacije u kojima je gama koja se primjenjuje manja ili veća od jedan. Gama datoteka se stoga može smatrati gama kompresijom, dok se gama prikaza može smatrati gama ekspanzijom.
• Primjenjivost . Strogo govoreći, gama se odnosi na tonalnu krivulju koja slijedi jednostavan zakon potencije (gdje je V =V), ali se često koristi za opisivanje drugih tonskih krivulja. Na primjer, sRGB prostor boja je zapravo linearan pri vrlo niskoj osvjetljenosti, ali zatim slijedi krivulju pri višim vrijednostima osvjetljenja. Ni krivulja ni linearna regija ne slijede standardni zakon gama snage, ali ukupna gama je aproksimirana kao 2,2.
• Je li potrebna gama? Ne, linearne gama (RAW) slike bi se i dalje pojavljivale onako kako ih naše oči vide — ali samo ako bi se te slike prikazivale na linearnom gama zaslonu. Međutim, to bi poništilo sposobnost gama da učinkovito bilježi tonske razine.

Za više o ovoj temi također posjetite sljedeće vodiče:

• Tehnike digitalne ekspozicije:Ekspozicija udesno, Clipping &Noise
  Saznajte zašto gama i linearne RAW datoteke utječu na optimalnu ekspoziciju fotografije.
• Kako kalibrirati kalibraciju vašeg monitora za fotografiju
  Naučite kako točno postaviti gamu zaslona vašeg računala.