Гамма-корекція

Гамма-коефіцієнт чи просто гамма визначає відношення між числовим значенням пікселя і його дійсною світимістю. Без корекції гамми темні тони, відзняті цифровими камерами, не виглядали б так, як їх бачать наші очі. Однак гамма притаманна не тільки камерам – власну гамму мають файли зображень, екрани і практично будь-який інший пристрій відображення. Говорячи про корекцію гамми, кодування гамми чи компресію (стиск) гамми, розуміють одне і те ж поняття. Розуміння того, що собою представляє гамма, може допомогти покращити техніку експозиції, а також витягнути максимум з обробки зображень [2].

Наші очі насправді бачать інакше, ніж камери. У цифровій камері подвоєна кількість фотонів, які потрапляють на сенсор, означає подвоєння сигналу (залежність «лінійна»). Однак наші очі побудовані інакше. Для нас збільшення освітленості вдвічі означає, що світло стало злегка яскравішим (залежність «нелінійна»).

Еталон   Сприймається очима як половинна яскравість; визначається камерою як половинна яскравість

Точність порівняння залежить від калібрування монітора з коефіцієнтом 2.2. В дійсності сприйняття залежить від умов перегляду, на нього можуть вплинути навколишні тони. При гранично низькій освітленості (наприклад, при світлі зірок) наші очі бачать лінійно, як камери.

У порівнянні з камерами ми чутливіші до найменших змін темних відтінків і менш чутливі до достатньо великих змін в яскравих тонах. Для такої дивності є свої біологічні причини: це дозволяє нашому зору працювати в ширшому діапазоні освітленостей.

У цьому випадку гаммою називається перетворення до світлочутливості наших очей показів камери. Коли зберігається цифрове зображення, воно зазнає «гамма-кодування» — так щоби подвоєння значення у файлі ближче відповідало тому, що ми сприймаємо як подвоєння яскравості. Гамма g визначається співвідношенням V _out = V _in^g, де V _out — це підсумкова яскравість, а V _in — це вихідна/дійсна яскравість. Ця формула відображається показаним вище графіком.

Гамма-кодування зображення зберігає відтінки більш ефективно. Оскільки гамма-кодування перерозподіляє тональні рівні ближче до того, як їх сприймають наші очі, для опису вибраного діапазону тонів вимагається менше біт. У протилежному випадку на яскраві тони (де камера має більшу чутливість) виділялось би надто багато біт, а на темних тонах (де камера менш чутлива) була би їх нестача:

Повна яскравість:
Лінійне кодування:
Гамма-кодування:

Зверніть увагу, що лінійне кодування використовує недостатньо рівнів для опису темних тонів — хоча це і дає надлишок рівнів для опису яскравих. З іншого боку, гамма-кодований градієнт розподіляє тони практично рівномірно по усьому діапазону («перцептивно уніформно»). Тим самим гарантується, що при подальшій обробці зображення кольори і гістограми базовані на природних, перцептивно уніформних тонах.

В дійсності зображення мають як мінімум 256 рівнів (8 біт), що достатньо для того, щоб тональні переходи виглядали у відбитку гладенько і неперервно. Якщо б використовувалось лінійне кодування вимагалося б у 8 разів більше рівнів (11 біт), щоб уникнути постеризації зображення (обмеження глибини кольору).