Gamma-Korrektur - Gamma correction

Die Wirkung der Gammakorrektur auf ein Bild: Das Originalbild wurde mit unterschiedlichen Stärken aufgenommen, was zeigt, dass eine Stärke größer als 1 die Schatten dunkler macht, während eine Stärke kleiner als 1 dunkle Bereiche heller macht.

Gammakorrektur oder Gamma ist eine nichtlineare Operation, die verwendet wird, um Luminanz- oder Tristimuluswerte in Video- oder Standbildsystemen zu kodieren und zu dekodieren . Die Gammakorrektur wird im einfachsten Fall durch den folgenden Potenzgesetzausdruck definiert :

${\displaystyle V_{\text{out}}=AV_{\text{in}}^{\gamma},}$

wobei der nicht negative reelle Eingangswert potenziert und mit der Konstanten A multipliziert wird , um den Ausgangswert zu erhalten . Im allgemeinen Fall von A = 1 liegen Ein- und Ausgänge typischerweise im Bereich 0–1. ${\displaystyle V_{\text{in}}}$${\displaystyle\gamma}$${\displaystyle V_{\text{out}}}$

Ein Gammawert wird manchmal als Kodierungsgamma bezeichnet , und der Prozess der Kodierung mit dieser kompressiven Potenzgesetz-Nichtlinearität wird als Gammakompression bezeichnet ; umgekehrt wird ein Gammawert als dekodierendes Gamma bezeichnet , und die Anwendung der expansiven Potenzgesetz-Nichtlinearität wird als Gamma-Erweiterung bezeichnet . ${\displaystyle \gamma <1}$${\displaystyle \gamma >1}$

Erläuterung

Die Gamma-Kodierung von Bildern wird verwendet, um die Verwendung von Bits beim Kodieren eines Bildes oder die zum Transportieren eines Bildes verwendete Bandbreite zu optimieren, indem die nichtlineare Art und Weise genutzt wird, in der Menschen Licht und Farbe wahrnehmen. Die menschliche Wahrnehmung von Helligkeit ( Helligkeit ) folgt unter üblichen Beleuchtungsbedingungen (weder pechschwarz noch blendend hell) einer ungefähren Potenzfunktion (Anmerkung: keine Beziehung zur Gammafunktion ), mit größerer Empfindlichkeit gegenüber relativen Unterschieden zwischen dunkleren Tönen als zwischen helleren Töne, im Einklang mit dem Stevensschen Potenzgesetz für die Helligkeitswahrnehmung. Wenn Bilder nicht gammakodiert sind, weisen sie Glanzlichtern zu viele Bits oder zu viel Bandbreite zu, die von Menschen nicht unterschieden werden können, und zu wenig Bits oder zu wenig Bandbreite für Schattenwerte, für die Menschen empfindlich sind und die mehr Bits/Bandbreite erfordern würden, um die gleiche optische Qualität. Eine Gamma-Kodierung von Gleitkommabildern ist nicht erforderlich (und kann kontraproduktiv sein), da das Gleitkommaformat bereits eine stückweise lineare Annäherung einer logarithmischen Kurve bietet.

Obwohl die Gamma-Codierung ursprünglich entwickelt wurde, um die Eingangs-Ausgangs-Eigenschaften von Kathodenstrahlröhren- (CRT-)Displays zu kompensieren , ist dies nicht ihr Hauptzweck oder Vorteil in modernen Systemen. Bei CRT-Displays variiert die Lichtintensität nichtlinear mit der Elektronenstrahlspannung. Das Verändern des Eingangssignals durch Gamma-Kompression kann diese Nichtlinearität aufheben, so dass das Ausgangsbild die beabsichtigte Luminanz hat. Die Gamma-Eigenschaften des Anzeigegeräts spielen jedoch keine Rolle bei der Gamma-Kodierung von Bildern und Videos – sie benötigen eine Gamma-Kodierung, um die visuelle Qualität des Signals zu maximieren, unabhängig von den Gamma-Eigenschaften des Anzeigegeräts. Die Ähnlichkeit der CRT-Physik mit der inversen Gamma-Codierung, die für die Videoübertragung benötigt wird, war eine Kombination aus Zufall und Technik, die die Elektronik in frühen Fernsehgeräten vereinfachte.

Generalisiertes Gamma

Das Konzept von Gamma kann auf jede nichtlineare Beziehung angewendet werden. Für die Potenzgesetz- Beziehung ist die Kurve in einem Log-Log-Plot eine gerade Linie mit einer Steigung überall gleich Gamma (die Steigung wird hier durch den Ableitungsoperator dargestellt ): ${\displaystyle V_{\text{out}}=V_{\text{in}}^{\gamma}}$

${\displaystyle \gamma ={\frac {\mathrm {d} \log(V_{\text{out}})}{\mathrm {d} \log(V_{\text{in}})}}.}$

Das heißt, Gamma kann als Steigung der Eingabe-Ausgabe-Kurve visualisiert werden, wenn sie auf logarithmischen Achsen aufgetragen wird. Für eine Potenzgesetzkurve ist diese Steigung konstant, aber die Idee kann auf jede Art von Kurve ausgedehnt werden, wobei Gamma (genau genommen "Punktgamma") als die Steigung der Kurve in einem bestimmten Bereich definiert ist.

Filmfotografie

Wenn ein photographischer Film mit Licht belichtet wird, kann das Ergebnis der Belichtung in einem Graphen dargestellt werden, der den Belichtungslogarithmus auf der horizontalen Achse und die Dichte oder den negativen Logarithmus der Durchlässigkeit auf der vertikalen Achse zeigt. Für eine gegebene Filmformulierung und Verarbeitungsmethode ist diese Kurve ihre charakteristische oder Hurter-Driffield-Kurve . Da beide Achsen logarithmische Einheiten verwenden, wird die Steigung des linearen Abschnitts der Kurve als Gamma des Films bezeichnet. Negativfilme haben typischerweise ein Gamma von weniger als 1; Positivfilm (Diafilm, Umkehrfilm) hat typischerweise ein Gamma mit einem Absolutwert größer als 1.

Fotofilme können feine Farbunterschiede viel besser festhalten, als sie auf Fotopapier reproduziert werden können . Ebenso sind die meisten Videobildschirme nicht in der Lage, den Helligkeitsbereich (Dynamikbereich) anzuzeigen, der von typischen elektronischen Kameras erfasst werden kann. Aus diesem Grund wird ein erheblicher künstlerischer Aufwand in die Wahl der reduzierten Form investiert, in der das Originalbild präsentiert werden soll. Die Gammakorrektur oder Kontrastauswahl ist Teil des fotografischen Repertoires, das verwendet wird, um das reproduzierte Bild anzupassen.

Analog nehmen Digitalkameras Licht mit elektronischen Sensoren auf, die in der Regel linear reagieren. Beim Rendern linearer Rohdaten in konventionelle RGB- Daten (zB zur Speicherung in das JPEG -Bildformat) werden Farbraumtransformationen und Rendertransformationen durchgeführt. Insbesondere verwenden fast alle Standard- RGB-Farbräume und Dateiformate eine nicht-lineare Kodierung (eine Gamma-Kompression) der beabsichtigten Intensitäten der Primärfarben der fotografischen Reproduktion; außerdem steht die beabsichtigte Wiedergabe fast immer in einem nichtlinearen Zusammenhang mit den gemessenen Szenenintensitäten über eine Tonwiedergabe- Nichtlinearität.

Microsoft Windows-, Mac-, sRGB- und TV/Video-Standard-Gammas

Plot der sRGB- Standard-Gamma-Expansions-Nichtlinearität in Rot und ihres lokalen Gamma-Werts (Steigung im Log-Log-Raum) in Blau. Das lokale Gamma steigt von 1 auf etwa 2,2.

In den meisten Computeranzeigesystemen werden Bilder mit einem Gamma von etwa 0,45 kodiert und mit dem reziproken Gamma von 2,2 dekodiert. Eine bemerkenswerte Ausnahme waren bis zur Veröffentlichung von Mac OS X 10.6 (Snow Leopard) im September 2009 Macintosh- Computer, die mit einem Gamma von 0,55 kodiert und mit einem Gamma von 1,8 dekodiert wurden. In jedem Fall werden Binärdaten in Standbilddateien (wie JPEG ) explizit codiert (dh sie tragen gammacodierte Werte, keine linearen Intensitäten), ebenso wie Bewegtbilddateien (wie MPEG ). Beide Fälle kann das System optional über das Farbmanagement weiter verwalten , wenn eine bessere Anpassung an das Gamma des Ausgabegeräts erforderlich ist.

Der sRGB-Farbraumstandard, der bei den meisten Kameras, PCs und Druckern verwendet wird, verwendet keine einfache Potenzgesetz-Nichtlinearität wie oben, sondern hat einen Decodierungs-Gammawert nahe 2,2 über einen Großteil seines Bereichs, wie in der Grafik rechts gezeigt. Unterhalb einem komprimierten Wert von 0,04045 oder einer linearen Intensität 0,00313 ist die Kurve linear (codierter Wert proportional zur Intensität), so γ = 1 . Die gestrichelte schwarze Kurve hinter der roten Kurve ist zum Vergleich eine Standard- γ = 2,2- Power-Law-Kurve.

Die Ausgabe auf CRT-basierten Fernsehempfängern und Monitoren erfordert normalerweise keine weitere Gammakorrektur, da die standardmäßig übertragenen oder in Bilddateien gespeicherten Videosignale eine Gammakomprimierung enthalten, die nach der Gammaerweiterung der CRT ein angenehmes Bild liefert (es ist nicht die genau umgekehrt). Bei Fernsehsignalen werden die tatsächlichen Gammawerte durch die Videostandards ( NTSC , PAL oder SECAM ) definiert und sind immer feste und bekannte Werte.

Die Gamma-Korrektur in Computern wird beispielsweise verwendet, um ein Apple-Bild mit Gamma = 1,8 auf einem PC-Monitor mit Gamma = 2,2 korrekt anzuzeigen, indem das Bild-Gamma geändert wird. Eine weitere Verwendung ist die Entzerrung der einzelnen Farbkanal-Gammas, um Monitor-Diskrepanzen zu korrigieren.

Gamma-Metainformationen

Bei einigen Bildformaten kann das beabsichtigte Gamma eines Bildes (von Transformationen zwischen codierten Bildproben und Lichtausgabe) als Metadaten gespeichert werden , was eine automatische Gammakorrektur erleichtert, solange der Exponent des Anzeigesystems bekannt ist. Die PNG- Spezifikation enthält hierfür den gAMA-Chunk und bei Formaten wie JPEG und TIFF kann das Exif- Gamma-Tag verwendet werden.

Diese Funktionen haben in der Vergangenheit Probleme verursacht, insbesondere im Web. Es gibt keinen numerischen Gammawert, der der Methode "8-Bit-Zahlen unverändert anzeigen" entspricht, die für JPG-, GIF-, HTML- und CSS-Farben verwendet wird, daher würde PNG nicht übereinstimmen. Außerdem gab es jede Menge Bildautorensoftware, die falsche Gammawerte wie 1.0 schrieb. Diese Situation hat sich seitdem verbessert, da große Browser wie Google Chrome (und alle anderen Chromium- basierten Browser) und Mozilla Firefox die Gamma-Einstellung entweder vollständig ignorieren oder sie ignorieren, wenn sie auf bekannte falsche Werte eingestellt ist.

Potenzgesetz für Videoanzeige

Eine Gamma-Charakteristik ist eine Potenzgesetz- Beziehung, die sich der Beziehung zwischen dem codierten Luma in einem Fernsehsystem und der tatsächlich gewünschten Bildluminanz annähert.

Bei dieser nichtlinearen Beziehung entsprechen gleiche Schritte in der codierten Luminanz grob subjektiv gleichen Helligkeitsschritten. Ebner und Fairchild verwendeten einen Exponenten von 0,43 , um die lineare Intensität in Helligkeit (Luma) für Neutrale umzuwandeln; der Kehrwert, ungefähr 2,33 (ziemlich nahe der 2,2-Zahl, die für ein typisches Anzeige-Subsystem zitiert wird), stellt eine ungefähr optimale wahrnehmungsbezogene Kodierung von Graustufen bereit.

Die folgende Abbildung zeigt den Unterschied zwischen einer Skala mit linear ansteigendem codiertem Luminanzsignal (linearer gammakomprimierter Luma-Eingang) und einer Skala mit linear ansteigender Intensitätsskala (linearer Luminanz-Ausgang).

Auf den meisten Displays (mit einem Gamma von etwa 2,2) kann man beobachten, dass die lineare Intensitätsskala einen großen Sprung der wahrgenommenen Helligkeit zwischen den Intensitätswerten 0,0 und 0,1 aufweist, während die Stufen am oberen Ende der Skala kaum wahrnehmbar sind. Die gammakodierte Skala mit nichtlinear ansteigender Intensität zeigt viel gleichmäßigere Stufen der wahrgenommenen Helligkeit.

Eine Kathodenstrahlröhre (CRT) zum Beispiel wandelt ein Videosignal auf nichtlineare Weise in Licht um, da die Intensität (Helligkeit) der Elektronenkanone als Funktion der angelegten Videospannung nichtlinear ist. Die Lichtintensität I mit der Quelle verbunden ist Spannung V _s gemäß

${\displaystyle I\propto V_{\text{s}}^{\gamma},}$

wobei γ der griechische Buchstabe gamma ist . Bei einer Kathodenstrahlröhre liegt das Gamma, das die Helligkeit mit der Spannung in Beziehung setzt, normalerweise im Bereich von 2,35 bis 2,55; Video- Look-Up-Tabellen in Computern stellen das Systemgamma normalerweise auf den Bereich von 1,8 bis 2,2 ein, was in dem Bereich liegt, in dem ein gleichmäßiger Codierungsunterschied einen ungefähr gleichmäßigen wahrnehmbaren Helligkeitsunterschied ergibt, wie im Diagramm oben in diesem Abschnitt dargestellt.

Betrachten Sie der Einfachheit halber das Beispiel einer monochromen CRT. Wenn in diesem Fall ein Videosignal von 0,5 (was ein Mittelgrau darstellt) dem Display zugeführt wird, beträgt die Intensität oder Helligkeit etwa 0,22 (was ein Mittelgrau ergibt, etwa 22% der Intensität von Weiß). Reines Schwarz (0.0) und reines Weiß (1.0) sind die einzigen Farbtöne, die von Gamma nicht beeinflusst werden.

Um diesen Effekt zu kompensieren, wird manchmal die inverse Übertragungsfunktion (Gammakorrektur) auf das Videosignal angewendet, so dass die End-to-End-Antwort linear ist. Mit anderen Worten, das übertragene Signal wird bewusst verzerrt, so dass der Betrachter, nachdem es durch die Anzeigeeinrichtung wieder verzerrt wurde, die richtige Helligkeit sieht. Die Umkehrung der obigen Funktion ist

${\displaystyle V_{\text{c}}\propto V_{\text{s}}^{1/\gamma},}$

wobei V _c die korrigierte Spannung ist und V _s die Quellenspannung ist, beispielsweise von einem Bildsensor , der Photoladung linear in eine Spannung umwandelt. In unserem CRT-Beispiel ist 1/ γ 1/2,2 ≈ 0,45.

Ein Farb - CRT empfängt drei Videosignale (rot, grün und blau) und im allgemeinen jede Farbe hat ihren eigenen Wert von Gamma, bezeichnete γ _R , γ _G oder γ _B . In einfachen Anzeigesystemen wird jedoch ein einzelner Wert von γ für alle drei Farben verwendet.

Andere Anzeigegeräte haben unterschiedliche Gammawerte: Ein Game Boy Advance- Display hat beispielsweise je nach Lichtverhältnissen ein Gamma zwischen 3 und 4. Bei LCDs wie denen auf Laptop-Computern ist der Zusammenhang zwischen der Signalspannung V _s und der Intensität I sehr nichtlinear und kann nicht mit Gamma-Werten beschrieben werden. Solche Anzeigen wenden jedoch eine Korrektur auf die Signalspannung an, um ungefähr ein Standardverhalten von γ = 2,5 zu erhalten. In NTSC Fernsehaufzeichnung, γ = 2,2 .

Die Potenzgesetzfunktion oder ihre Umkehrfunktion hat bei Null eine Steigung von Unendlich. Dies führt zu Problemen bei der Konvertierung von und in einen Gamma-Farbraum. Aus diesem Grund definieren die meisten formal definierten Farbräume wie sRGB ein gerades Segment nahe Null und addieren die Erhöhung x + K (wobei K eine Konstante ist) zu einer Potenz, so dass die Kurve eine kontinuierliche Steigung hat. Diese gerade Linie stellt nicht dar, was die Kathodenstrahlröhre tut, aber der Rest der Kurve entspricht besser der Wirkung des Umgebungslichts auf die Kathodenstrahlröhre. In solchen Ausdrücken ist der Exponent nicht das Gamma; zum Beispiel verwendet die sRGB-Funktion eine Potenz von 2,4, ähnelt aber eher einer Potenzgesetzfunktion mit einem Exponenten von 2,2, ohne einen linearen Anteil.

Methoden zur Durchführung der Anzeige-Gamma-Korrektur in der Computerverarbeitung

Bis zu vier Elemente können manipuliert werden, um eine Gamma-Kodierung zu erreichen, um das auf einem typischen 2,2- oder 1,8-Gamma-Computerdisplay anzuzeigende Bild zu korrigieren:

• Die Intensitätswerte des Pixels in einer bestimmten Bilddatei; das heißt, die binären Pixelwerte werden in der Datei so gespeichert, dass sie die Lichtintensität über gammakomprimierte Werte anstelle einer linearen Kodierung darstellen. Dies geschieht systematisch mit digitalen Videodateien (wie bei einem DVD- Film), um den Gamma-Dekodierungsschritt beim Abspielen zu minimieren und die Bildqualität für den gegebenen Speicherplatz zu maximieren. In ähnlicher Weise werden Pixelwerte in Standardbilddateiformaten normalerweise gammakompensiert, entweder für sRGB-Gamma (oder gleichwertig, eine Annäherung an die typischen Gammawerte älterer Monitore) oder gemäß einem von Metadaten wie einem ICC-Profil angegebenen Gamma . Wenn das Kodierungsgamma nicht mit dem Gamma des Wiedergabesystems übereinstimmt, kann eine weitere Korrektur durchgeführt werden, entweder auf der Anzeige oder um eine modifizierte Bilddatei mit einem anderen Profil zu erstellen.
• Die Rendering-Software schreibt gammacodierte Pixel-Binärwerte direkt in den Videospeicher (bei Verwendung von Highcolor- / Truecolor- Modi) oder in die CLUT- Hardwareregister (bei Verwendung von indizierten Farbmodi ) des Anzeigeadapters . Sie treiben Digital-Analog-Wandler (DAC) an, die die proportionalen Spannungen an das Display ausgeben. Wenn Sie beispielsweise 24-Bit-RGB- Farbe (8 Bit pro Kanal) verwenden und einen Wert von 128 (gerundeter Mittelpunkt des 0-255- Byte- Bereichs) in den Videospeicher schreiben, wird die proportionale ≈ 0,5- Spannung an das Display ausgegeben, die es ist aufgrund des Monitorverhaltens dunkler dargestellt. Um eine Intensität von ≈ 50% zu erreichen, kann alternativ eine gammakodierte Nachschlagetabelle angewendet werden, um einen Wert nahe 187 anstelle von 128 durch die Rendering-Software zu schreiben.
• Moderne Anzeigeadapter verfügen über dedizierte Kalibrier-CLUTs, die einmal mit der entsprechenden Gamma-Korrektur- Look-Up-Tabelle geladen werden können, um die codierten Signale digital vor den DACs zu modifizieren, die Spannungen an den Monitor ausgeben. Das korrekte Einrichten dieser Tabellen wird als Hardwarekalibrierung bezeichnet .
• Einige moderne Monitore ermöglichen es dem Benutzer, ihr Gamma-Verhalten zu manipulieren (als ob es nur eine andere Helligkeits-/Kontrast-ähnliche Einstellung wäre) und die Eingangssignale selbst zu codieren, bevor sie auf dem Bildschirm angezeigt werden. Dies ist ebenfalls eine Kalibrierung durch Hardwaretechnik , aber sie wird an den analogen elektrischen Signalen durchgeführt, anstatt die digitalen Werte neu abzubilden, wie in den vorherigen Fällen.

In einem korrekt kalibrierten System hat jede Komponente ein bestimmtes Gamma für ihre Eingabe- und/oder Ausgabecodierung. Stufen können das Gamma ändern, um unterschiedliche Anforderungen zu korrigieren, und schließlich führt das Ausgabegerät nach Bedarf eine Gamma-Decodierung oder -Korrektur durch, um zu einem linearen Intensitätsbereich zu gelangen. Alle Kodierungs- und Korrekturverfahren können beliebig übereinander gelegt werden, ohne dass dies unter den verschiedenen Elementen gegenseitig bekannt ist; Bei falscher Durchführung können diese Konvertierungen zu stark verzerrten Ergebnissen führen, aber wenn sie korrekt gemäß den Vorgaben und Konventionen durchgeführt werden, führt dies zu einem ordnungsgemäß funktionierenden System.

In einem typischen System, zum Beispiel von der Kamera über die JPEG- Datei bis zur Anzeige, umfasst die Rolle der Gammakorrektur mehrere zusammenarbeitende Teile. Die Kamera kodiert ihr gerendertes Bild in die JPEG-Datei mit einem der Standard-Gammawerte wie 2,2 zum Speichern und Übertragen. Der Display Computer eine verwenden kann die Farbmanagement - Engine zu konvertieren , um einen anderen Farbraum (wie ältere Macintosh γ = 1,8 Farbraum) vor Pixelwerte in seine Videospeicher setzen. Der Monitor kann seine eigene Gammakorrektur durchführen, um das CRT-Gamma an das vom Videosystem verwendete anzupassen. Die Koordination der Komponenten über Standardschnittstellen mit standardmäßigen Standard-Gammawerten macht es möglich, ein solches System richtig zu konfigurieren.

Einfache Monitortests

Testbild der Gammakorrektur. Nur gültig bei Browser-Zoom = 100%

Dieses Verfahren ist nützlich, damit ein Monitor Bilder annähernd korrekt anzeigt, auf Systemen, auf denen keine Profile verwendet werden (z.

In dem Testmuster soll die Intensität jedes einfarbigen Balkens der Durchschnitt der Intensitäten im umgebenden gestreiften Zittern sein; Daher sollten die Volltonbereiche und das Dithering idealerweise in einem System, das richtig auf das angezeigte Gamma eingestellt ist, gleich hell erscheinen.

Normalerweise verfügt eine Grafikkarte über eine Kontrast- und Helligkeitssteuerung und ein transmissiver LCD- Monitor verfügt über eine Kontrast-, Helligkeits- und Hintergrundbeleuchtungssteuerung . Kontrast und Helligkeit von Grafikkarte und Monitor haben einen Einfluss auf das effektive Gamma und sollten nach Abschluss der Gammakorrektur nicht mehr geändert werden.

Die oberen beiden Balken des Testbildes helfen dabei, die richtigen Kontrast- und Helligkeitswerte einzustellen. In jedem Balken befinden sich acht dreistellige Zahlen. Ein guter Monitor mit richtiger Kalibrierung zeigt die sechs Zahlen rechts in beiden Balken an, ein billiger Monitor zeigt nur vier Zahlen an.

Wenn der Betrachter bei einem gewünschten Anzeigesystem-Gamma die gleiche Helligkeit im karierten Teil und im homogenen Teil jedes Farbbereichs sieht, dann ist die Gamma-Korrektur ungefähr richtig. In vielen Fällen unterscheiden sich die Gammakorrekturwerte für die Primärfarben geringfügig.

Das Einstellen der Farbtemperatur oder des Weißpunkts ist der nächste Schritt bei der Monitoreinstellung.

Vor der Gammakorrektur sollten das gewünschte Gamma und die Farbtemperatur über die Monitorsteuerung eingestellt werden. Mit den Reglern für Gamma, Kontrast und Helligkeit kann die Gamma-Korrektur auf einem LCD nur für einen bestimmten vertikalen Betrachtungswinkel, dh eine bestimmte horizontale Linie auf dem Monitor, bei einer bestimmten Helligkeits- und Kontraststufe durchgeführt werden. Ein ICC-Profil ermöglicht es, den Monitor auf mehrere Helligkeitsstufen einzustellen. Die Qualität (und der Preis) des Monitors bestimmen, wie viel Abweichung von diesem Arbeitspunkt noch eine zufriedenstellende Gammakorrektur ergibt. Twisted Nematic (TN) Displays mit 6 Bit Farbtiefe pro Primärfarbe haben die niedrigste Qualität. Besser sind In-Plane-Switching- (IPS-)Displays mit typischerweise 8-Bit-Farbtiefe. Gute Monitore haben eine Farbtiefe von 10 Bit, verfügen über ein Hardware- Farbmanagement und ermöglichen eine Hardware-Kalibrierung mit einem Tristimulus-Kolorimeter . Oft wird ein 6bit plus FRC Panel als 8bit und ein 8bit plus FRC Panel als 10bit verkauft. FRC ist kein echter Ersatz für mehr Bits. Die 24-Bit- und 32-Bit-Farbtiefenformate haben 8 Bit pro Primärfarbe.

Ab Microsoft Windows 7 kann der Benutzer die Gammakorrektur über das Display-Farbkalibrierungstool dccw.exe oder andere Programme einstellen. Diese Programme erstellen eine ICC-Profildatei und laden diese standardmäßig. Dies macht das Farbmanagement einfach. Erhöhen Sie den Gamma-Schieberegler im dccw-Programm, bis der letzte farbige Bereich, oft die grüne Farbe, im karierten und homogenen Bereich die gleiche Helligkeit hat. Verwenden Sie die Schieberegler für die Farbbalance oder die Gammakorrektur einzelner Farben in den Gammakorrekturprogrammen, um die beiden anderen Farben anzupassen. Einige alte Grafikkartentreiber laden die Color Look Up Table nach dem Aufwachen aus dem Standby- oder Ruhezustand nicht richtig und zeigen ein falsches Gamma an. Aktualisieren Sie in diesem Fall den Grafikkartentreiber.

Auf einigen Betriebssystemen, auf denen das X Window System ausgeführt wird , kann der Gammakorrekturfaktor (auf den vorhandenen Gammawert angewendet) eingestellt werden, indem der Befehl xgamma -gamma 0.9zum Setzen des Gammakorrekturfaktors auf 0,9 xgammaausgegeben und der aktuelle Wert dieses Faktors abgefragt wird (der Standardwert ist 1,0 .). ). In macOS- Systemen werden das Gamma und andere zugehörige Bildschirmkalibrierungen über die Systemeinstellungen vorgenommen.

Skalierung und Mischung

Das Testbild ist nur gültig, wenn es "roh", dh ohne Skalierung (1:1 Pixel to Screen) und Farbanpassung, auf dem Bildschirm angezeigt wird. Es dient aber auch dazu, auf ein weiteres weit verbreitetes Problem in der Software hinzuweisen: Viele Programme skalieren in einem Farbraum mit Gamma anstatt in einem physikalisch korrekten linearen Raum. In einem sRGB-Farbraum mit einem ungefähren Gamma von 2,2 sollte das Bild bei 50% Größe ein "2,2"-Ergebnis zeigen, wenn linear gezoomt wird. Jonas Berlin hat nach dem gleichen Prinzip ein "Ihre Skalierungssoftware saugt/regelt"-Image erstellt.

Neben Skalierung gilt das Problem auch auf andere Formen von Abwärtsabtastens (Verkleinerung), wie Chroma Subsampling in JPEG ‚s Gamma-fähigen Y'CbCr . WebP löst dieses Problem, indem es die Chroma-Mittelwerte im linearen Raum berechnet und dann wieder in einen gamma-aktivierten Raum konvertiert; für größere Bilder wird eine iterative Lösung verwendet. Der gleiche "scharfe YUV" (früher "smart YUV") Code wird in sjpeg verwendet. Kornelski bietet eine einfachere Approximation durch Luma-basierten gewichteten Durchschnitt. Alpha-Compositing , Farbverläufe und 3D-Rendering sind ebenfalls von diesem Problem betroffen.

Paradoxerweise tendiert beim Upsampling (Skalieren) eines Bildes das Ergebnis, das im "falschen" Gamma-aktivierten Raum verarbeitet wird, dazu, ästhetisch ansprechender zu sein. Dies liegt daran, dass Upscaling-Filter darauf abgestimmt sind, die Ringing-Artefakte in einem linearen Raum zu minimieren, die menschliche Wahrnehmung jedoch nicht linear ist und besser durch Gamma angenähert wird. Eine alternative Möglichkeit zum Trimmen der Artefakte besteht in der Verwendung einer sigmoidalen Lichtübertragungsfunktion , einer Technik, die vom LoHalo-Filter von GIMP entwickelt und später von madVR übernommen wurde.

Terminologie

Der Begriff Intensität bezieht sich streng auf die Lichtmenge, die pro Zeiteinheit und pro Flächeneinheit in Lux emittiert wird . Beachten Sie jedoch, dass diese Größe in vielen Bereichen der Wissenschaft als Lichtausbeute bezeichnet wird , im Gegensatz zur Lichtintensität , die eine andere Größe ist. Diese Unterscheidungen sind jedoch für die Gamma-Kompression, die auf jede Art von normalisierter linearer intensitätsähnlicher Skala anwendbar ist, weitgehend irrelevant.

"Luminanz" kann auch im Kontext von Video und Bildgebung mehrere Dinge bedeuten:

• Leuchtdichte ist die photometrische Helligkeit eines Objekts (in Einheiten von cd /m ² ) unter Berücksichtigung der wellenlängenabhängigen Empfindlichkeit des menschlichen Auges (die photopische Kurve );
• relative Luminanz ist die Luminanz relativ zu einem Weißpegel, die bei einer Farbraumcodierung verwendet wird;
• luma ist das codierte Videohelligkeitssignal, dh ähnlich der Signalspannung V _S .

Man kontrastiert die relative Luminanz im Sinne von Farbe (keine Gamma-Kompression) mit Luma im Sinne von Video (mit Gamma-Komprimierung) und bezeichnet die relative Luminanz mit Y und Luma mit Y , wobei das Primsymbol (′) die Gamma-Kompression bezeichnet. Beachten Sie, dass Luma nicht direkt aus der Luminanz berechnet wird, sondern die (etwas willkürlich) gewichtete Summe der gammakomprimierten RGB-Komponenten.

Ebenso wird Helligkeit manchmal auf verschiedene Maße angewendet, einschließlich Lichtpegeln, obwohl sie richtiger auf ein subjektives visuelles Attribut angewendet wird.

Gamma - Korrektur ist eine Art von Potenzgesetz Funktion , deren Exponent der griechischen Buchstaben Gamma ( γ ). Sie sollte nicht mit der mathematischen Gamma-Funktion verwechselt werden . Das untere Gehäuse gamma, γ , ist ein Parameter des ersteren; der Großbuchstabe Γ ist der Name (und das dafür verwendete Symbol) des letzteren (wie in Γ( x )). Um das Wort "Funktion" in Verbindung mit Gammakorrektur zu verwenden, kann man Verwirrung vermeiden, indem man "generalisierte Potenzgesetzfunktion" sagt.

Ohne Kontext kann ein mit Gamma bezeichneter Wert entweder der Kodierungs- oder der Dekodierungswert sein. Es ist darauf zu achten, dass der Wert richtig interpretiert wird, um ihn zu kompensieren oder durch Anwendung seines Kehrwerts zu kompensieren. Im allgemeinen Sprachgebrauch wird in vielen Fällen der Dekodierungswert (als 2,2) verwendet, als ob er der Kodierungswert wäre, anstelle seines Inversen (1/2,2 in diesem Fall), der der reelle Wert ist, der zum Kodieren von Gamma angewendet werden muss.

Siehe auch

Verweise

Externe Links

Allgemeine Information

• PNG-Spezifikation; Version 1.0; 13. Anhang: Gamma-Tutorial
• Rehabilitation von Gamma von Charles Poynton
• Häufig gestellte Fragen zu Gamma
• CGSD – Gamma Correction Home Page von Computer Graphics Systems Development Corporation
• Stanford University CS 178 interaktive Flash-Demo zur Gammakorrektur.
• Ein Standard-Standardfarbraum für das Internet – sRGB , definiert und erklärt Betrachtungs-Gamma , Kamera-Gamma , CRT-Gamma , LUT-Gamma und Anzeige-Gamma
• Alvy Ray Smith (1. September 1995). Gammakorrektur (PDF) (Technisches Memo 9). Microsoft .
• Gammafehler bei der Bildskalierung von Eric Brasseur
• WAS JEDER CODER ÜBER GAMMA von JOHN NOVAK WISSEN SOLLTE

Gamma-Tools überwachen

• Die Lagom LCD-Monitor Testseiten
• Die Gamma-Einstellungsseite
• Monitortestmuster für korrekte Gammakorrektur (von Norman Koren)
• QuickGamma