COMPRENSIONE DELLA CORREZIONE GAMMA

La gamma è una caratteristica importante ma raramente compresa di praticamente tutti i sistemi di imaging digitale. Definisce la relazione tra il valore numerico di un pixel e la sua luminanza effettiva. Senza gamma, le sfumature catturate dalle fotocamere digitali non apparirebbero come ai nostri occhi (su un monitor standard). Viene anche chiamato correzione gamma, codifica gamma o compressione gamma, ma si riferiscono tutti a un concetto simile. Comprendere come funziona la gamma può migliorare la propria tecnica di esposizione, oltre ad aiutare a ottenere il massimo dall'editing delle immagini.

PERCHÉ GAMMA È UTILE

1. I nostri occhi non percepiscono la luce come fanno le fotocamere . Con una fotocamera digitale, quando il sensore colpisce il doppio del numero di fotoni, riceve il doppio del segnale (una relazione "lineare"). Abbastanza logico, vero? Non è così che funzionano i nostri occhi. Invece, percepiamo il doppio della luce come solo una frazione più luminosa, e sempre più per intensità di luce più elevate (una relazione "non lineare").

Tono di riferimento Seleziona:

Percepito come 50% come Bright dai nostri occhi

Rilevato come luminoso al 50% dalla fotocamera

In caso di problemi con l'interpretazione del grafico, fare riferimento al tutorial sullo strumento Curve di Photoshop.
La precisione del confronto dipende dall'avere un monitor ben calibrato impostato su una gamma di visualizzazione di 2,2.
La percezione effettiva dipenderà in condizioni di visualizzazione e potrebbe essere influenzato da altri toni vicini.
Per scene estremamente scure, come sotto la luce delle stelle, i nostri occhi iniziano a vedere in modo lineare come fanno le fotocamere.

Rispetto a una fotocamera, siamo molto più sensibili ai cambiamenti nei toni scuri rispetto a cambiamenti simili nei toni luminosi. C'è una ragione biologica per questa particolarità:permette alla nostra visione di operare su una gamma più ampia di luminanza. Altrimenti la tipica gamma di luminosità che incontriamo all'aperto sarebbe troppo opprimente.

Ma come si collega tutto questo alla gamma? In questo caso, la gamma è ciò che si traduce tra la sensibilità alla luce del nostro occhio e quella della fotocamera. Quando un'immagine digitale viene salvata, viene quindi "codificata gamma", in modo che il doppio del valore in un file corrisponda più da vicino a ciò che percepiremmo come due volte più luminoso.

Nota tecnica:la gamma è definita da V =V , dove V è il valore di luminanza di uscita e V è il valore di luminanza di ingresso/effettiva. Questa formula fa curvare la linea blu sopra. Quando gamma<1, la linea si inarca verso l'alto, mentre avviene il contrario con gamma>1.

2. Le immagini con codifica gamma memorizzano i toni in modo più efficiente . Poiché la codifica gamma ridistribuisce i livelli tonali più vicini a come i nostri occhi li percepiscono, sono necessari meno bit per descrivere una data gamma tonale. Altrimenti, verrebbe dedicato un eccesso di bit per descrivere i toni più luminosi (dove la fotocamera è relativamente più sensibile) e una carenza di bit verrebbe lasciata per descrivere i toni più scuri (dove la fotocamera è relativamente meno sensibile):

Originale↓ Codificato utilizzando solo 32 livelli (5 bit) Codificato lineare Codificato gamma

Nota:sopra il gradiente codificato gamma mostrato utilizzando un valore standard di 1/2,2
Vedi il tutorial sulla profondità di bit per uno sfondo sulla relazione tra livelli e bit.

Si noti come la codifica lineare utilizzi livelli insufficienti per descrivere i toni scuri, anche se questo porta a un eccesso di livelli per descrivere i toni luminosi. D'altra parte, il gradiente codificato gamma distribuisce i toni in modo quasi uniforme sull'intera gamma ("percettivamente uniforme"). Ciò garantisce inoltre che la successiva modifica delle immagini, il colore e gli istogrammi siano tutti basati su toni naturali e percettivamente uniformi.

Tuttavia, le immagini del mondo reale hanno in genere almeno 256 livelli (8 bit), che sono sufficienti per far apparire i toni uniformi e continui in una stampa. Se invece fosse stata utilizzata la codifica lineare, sarebbero stati necessari 8 volte più livelli (11 bit) per evitare la posterizzazione dell'immagine.

FLUSSO DI LAVORO GAMMA:CODIFICA E CORREZIONE

Nonostante tutti questi vantaggi, la codifica gamma aggiunge un livello di complessità all'intero processo di registrazione e visualizzazione delle immagini. Il prossimo passo è dove la maggior parte delle persone si confonde, quindi prendi questa parte lentamente. Un'immagine con codifica gamma deve avere la "correzione gamma" applicata quando viene visualizzata, che la converte efficacemente in luce dalla scena originale . In altre parole, lo scopo della codifica gamma è la registrazione dell'immagine, non la visualizzazione dell'immagine. Fortunatamente questo secondo passaggio (la "gamma del display") viene eseguito automaticamente dal monitor e dalla scheda video. Il diagramma seguente illustra come tutto questo combacia:

L'immagine RAW della fotocamera
viene salvata come file JPEG 1. Il file immagine Gamma+JPEG viene visualizzato
sul monitor di un computer 2. Visualizza Gamma=Effetto Netto
3. Sistema gamma

1. Rappresenta un'immagine nello spazio colore sRGB (che codifica utilizzando una gamma di circa 1/2,2).
2. Rappresenta una gamma di visualizzazione uguale allo standard di 2.2

1. Gamma di immagini . Questo viene applicato dalla fotocamera o dal software di sviluppo RAW ogni volta che un'immagine acquisita viene convertita in un file JPEG o TIFF standard. Ridistribuisce i livelli tonali nativi della fotocamera in livelli più percettivamente uniformi, sfruttando in tal modo l'uso più efficiente di una determinata profondità di bit.

2. Gamma di visualizzazione . Questo si riferisce all'influenza netta della tua scheda video e del dispositivo di visualizzazione, quindi in realtà potrebbe essere composta da diversi gamma. Lo scopo principale della gamma di visualizzazione è compensare la gamma di un file, assicurando così che l'immagine non venga illuminata in modo irrealistico quando viene visualizzata sullo schermo. Una gamma di visualizzazione più elevata si traduce in un'immagine più scura con un contrasto maggiore.

3. Gamma di sistema . Questo rappresenta l'effetto netto di tutti i valori gamma che sono stati applicati a un'immagine e viene anche chiamato "gamma di visualizzazione". Per una riproduzione fedele di una scena, questa dovrebbe idealmente essere vicino a una linea retta (gamma =1,0). Una linea retta assicura che l'input (la scena originale) sia lo stesso dell'output (la luce visualizzata sullo schermo o in una stampa). Tuttavia, la gamma di sistema è talvolta impostata su un valore leggermente superiore a 1,0 per migliorare il contrasto. Ciò può aiutare a compensare i limiti dovuti alla gamma dinamica di un dispositivo di visualizzazione oa condizioni di visualizzazione non ideali e riflessi dell'immagine.

FILE DI IMMAGINE GAMMA

La gamma precisa dell'immagine è solitamente specificata da un profilo colore incorporato nel file. La maggior parte dei file di immagine utilizza una gamma di codifica di 1/2.2 (come quelli che utilizzano il colore sRGB e Adobe RGB 1998), ma la grande eccezione riguarda i file RAW, che utilizzano una gamma lineare. Tuttavia, i visualizzatori di immagini RAW in genere li mostrano presupponendo una gamma di codifica standard di 1/2.2, poiché altrimenti sembrerebbero troppo scuri:

Immagine RAW lineare
(immagine gamma =1.0) Immagine codificata gamma
(immagine gamma =1/2.2)

Se non è incorporato alcun profilo colore, di solito si assume una gamma standard di 1/2,2. I file senza un profilo colore incorporato in genere includono molti file PNG e GIF, oltre ad alcune immagini JPEG create utilizzando un'impostazione "Salva per il Web".

Nota tecnica sulla gamma della fotocamera . La maggior parte delle fotocamere digitali registra la luce in modo lineare, quindi si presume che la loro gamma sia 1,0, ma vicino alle ombre e alle luci estreme questo potrebbe non essere vero. In tal caso, il file gamma può rappresentare una combinazione della codifica gamma e la gamma della fotocamera. Tuttavia, la gamma della fotocamera è generalmente trascurabile in confronto. I produttori di fotocamere potrebbero anche applicare curve tonali sottili, che possono anche influire sulla gamma di un file.

VISUALIZZA GAMMA

Questa è la gamma che si controlla quando si esegue la calibrazione del monitor e si regola l'impostazione del contrasto. Fortunatamente, l'industria è convergente su una gamma di display standard di 2.2, quindi non c'è bisogno di preoccuparsi dei pro/contro dei diversi valori. I computer Macintosh precedenti utilizzavano una gamma di visualizzazione di 1.8, che faceva apparire le immagini non Mac più luminose rispetto a un PC tipico, ma non è più così.

Ricordiamo che la gamma di visualizzazione compensa la gamma del file immagine e che il risultato netto di questa compensazione è la gamma complessiva/di sistema. Per un file di immagine con codifica gamma standard (— ), modificando la gamma di visualizzazione (— ) avrà pertanto il seguente impatto complessivo (— ) su un'immagine:

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

I diagrammi presuppongono che il display sia stato calibrato su una gamma standard di 2.2.
Richiama da prima la gamma del file immagine (— ) più la gamma di visualizzazione (— ) è uguale alla gamma complessiva del sistema (— ). Nota anche come valori gamma più alti fanno piegare la curva rossa verso il basso.

Se hai problemi a seguire le tabelle sopra, non disperare! È una buona idea prima capire come le curve tonali influiscono sulla luminosità e sul contrasto dell'immagine. Altrimenti puoi semplicemente guardare le immagini del ritratto per una comprensione qualitativa.

Come interpretare i grafici . La prima immagine (all'estrema sinistra) viene notevolmente schiarita a causa della gamma dell'immagine (— ) non è corretto dalla gamma di visualizzazione (— ), risultando in una gamma complessiva del sistema (— ) che curva verso l'alto. Nella seconda immagine, la gamma del display non corregge completamente la gamma del file immagine, risultando in una gamma complessiva del sistema che si curva ancora leggermente verso l'alto (e quindi illumina ancora leggermente l'immagine). Nella terza immagine, la gamma del display corregge esattamente la gamma dell'immagine, risultando in una gamma complessiva del sistema lineare. Infine, nella quarta immagine la gamma del display sovracompensa la gamma dell'immagine, risultando in una gamma complessiva del sistema che si curva verso il basso (oscurando così l'immagine).

La gamma complessiva del display è in realtà composta da (i) la gamma nativa del monitor/LCD e (ii) qualsiasi correzione gamma applicata all'interno del display stesso o dalla scheda video. Tuttavia, l'effetto di ciascuno dipende fortemente dal tipo di dispositivo di visualizzazione.

CRT Monitor Monitor LCD (pannello piatto)

Monitor CRT. A causa di una strana fortuna ingegneristica, la gamma nativa di un CRT è 2,5, quasi l'inverso dei nostri occhi. I valori di un file con codifica gamma potrebbero quindi essere inviati direttamente allo schermo e sarebbero corretti automaticamente e apparirebbero quasi a posto. Tuttavia, è necessario applicare una piccola correzione della gamma di ~1/1,1 per ottenere una gamma complessiva di visualizzazione di 2,2. Questo di solito è già impostato dalle impostazioni predefinite del produttore, ma può essere impostato anche durante la calibrazione del monitor.

Monitori LCD . I monitor LCD non sono stati così fortunati; garantire una gamma di visualizzazione complessiva di 2,2 spesso richiede correzioni sostanziali e sono anche molto meno coerenti di quelle CRT. Gli LCD richiedono quindi qualcosa chiamato look-up table (LUT) per garantire che i valori di input siano rappresentati utilizzando la gamma di visualizzazione prevista (tra le altre cose). Consulta il tutorial sulla calibrazione del monitor:consulta le tabelle per ulteriori informazioni su questo argomento.

Nota tecnica:la gamma del display può creare un po' di confusione perché questo termine è spesso usato in modo intercambiabile con la correzione gamma, poiché corregge per il file gamma. Tuttavia, i valori forniti per ciascuno non sono sempre equivalenti. La correzione gamma è talvolta specificata in termini di gamma di codifica che mira a compensare, non la gamma effettiva che viene applicata. Ad esempio, la gamma effettiva applicata con una "correzione gamma di 1,5" è spesso uguale a 1/1,5, poiché una gamma di 1/1,5 annulla una gamma di 1,5 (1,5 * 1/1,5 =1,0). Un valore di correzione gamma più alto potrebbe quindi schiarire l'immagine (l'opposto di una gamma di visualizzazione più alta).

ALTRE NOTE E ULTERIORI LETTURE

Altri punti importanti e chiarimenti sono elencati di seguito.

• Gamma dinamica . Oltre a garantire l'uso efficiente dei dati dell'immagine, la codifica gamma aumenta anche la gamma dinamica registrabile per una data profondità di bit. La gamma a volte può anche aiutare un display/stampante a gestire la sua gamma dinamica limitata (rispetto alla scena originale) migliorando il contrasto dell'immagine.
• Correzione gamma . Il termine "correzione gamma" è in realtà solo una frase onnicomprensiva per quando la gamma viene applicata per compensare qualche altra gamma precedente. Si dovrebbe quindi probabilmente evitare di usare questo termine se si può invece fare riferimento al tipo gamma specifico.
• Compressione ed espansione gamma . Questi termini si riferiscono a situazioni in cui la gamma applicata è rispettivamente minore o maggiore di uno. Una gamma di file potrebbe quindi essere considerata compressione gamma, mentre una gamma di visualizzazione potrebbe essere considerata espansione gamma.
• Applicabilità . A rigor di termini, gamma si riferisce a una curva tonale che segue una semplice legge di potenza (dove V =V), ma è spesso usata per descrivere altre curve tonali. Ad esempio, lo spazio colore sRGB è in realtà lineare a luminosità molto bassa, ma segue una curva a valori di luminosità più elevati. Né la curva né la regione lineare seguono una legge di potenza gamma standard, ma la gamma complessiva è approssimata a 2,2.
• La gamma è richiesta? No, le immagini della gamma lineare (RAW) apparirebbero ancora come le vedevano i nostri occhi, ma solo se queste immagini fossero mostrate su un display gamma lineare. Tuttavia, ciò annullerebbe la capacità della gamma di registrare in modo efficiente i livelli tonali.

Per ulteriori informazioni su questo argomento, visita anche i seguenti tutorial:

• Tecniche di esposizione digitale:esposizione a destra, ritaglio e rumore
  Scopri perché i file gamma e RAW lineari influenzano l'esposizione ottimale di una foto.
• Come calibrare il monitor Calibrazione per la fotografia
  Scopri come impostare con precisione la gamma del display del tuo computer.