Что такое Gamma и LUT?

Опубликовано: 19 Январь 2014 в рубрике Монитороведение  

Что такое Gamma и LUT?

Пожалуй это самая сложная тема из всего курса статей.

Итак что же такое гамма? Технически гамма — это буква, которой принято выражать в математических формулах степень нелинейности функции.

Представьте себе камеру, которая снимает черно-белое изображение.  Принцип ее работы заключается в том, что она «тупо» считает фотоны.

После того, как она посчитала, она должна создать файл, по принятому стандарту в котором будет 256  градаций.

Т.е. с одной стороны, на «входе» у нее будет вся сцена, описанная «пикселями»  (пиксели в данном контексте лишь аналогия, речь идет о резрешении сенсора) и каждый пиксель характеризуется количеством фотонов которые попали на данный участок матрицы.

Для примера представим что самый темный участок 20 фотонов. Самый светлый 1020 фотонов. (цифры условные исключительно для примера)

Между ними 1000 значений.

Но мощность вычислительных систем диктует условие — на выходе видеокамеры, т.е. в файле, вся эта сцена должна уложиться в стандартные 256 градаций.

Выход один — разбить полный диапазон на 256 равных участка и затем описывать пиксели уже с учетом этого деления.

1000/256 = 4(3.9)

Таким образом получим, что все пиксели имеющий

20-24 фотонов будут иметь значение о (ноль)

24-28 = 1

28-32 =2

32-36 =3

1016-1020=255

Но, есть одна проблема с этим.

Гамма-предискажение

Эволюцией заложено, что в тенях мы воспринимаем БОЛЬШЕ градаций, а на свету меньше. С т.з. эволюции это полезно, помогает выживать, распознавать хищника притаившегося в тени кустарника и т.д.

Получается, что если камера будет пересчитывать линейно, т.е. на всем промежутке с одинаковой разницей — в темных участках мы получим меньше градаций, чем можем воспринять, а в светлых наоборот больше.

Вот тут то впервые и выходит на сцену ее величество Гамма.

Она задает степень в уравнении, согласно которому будет изменяться количество фотонов, соответствующих 1 значению в файле. Сделано это что бы максимально эффективно использовать имеющиеся 256 градаций, приведя их в соответствие с чувствительностью человека.

В итоге в темных участках градация будет более точной

20-21 = 0

20-22 = 1

20-24= 2

В светлых же участка наоборот диапазон увеличится.

990-1020 = 255

Данная Гамма называется «Гамма-предискажением» .

На платформе PC  она равна 2,2.

На Mac — 1,8.

 

Гамма-компенсация

Однако тут же возникала другая проблема.

При выводе сигнала, видеосистема должна сделать обратные преобразования.

256 градациям в файле она должна сопоставить 256 градации физической светлоты пикселя (теперь уже речь и о пикселе монитора).

Конечной задачей является идентичность градиентов светлоты реальной картинки и ее восприятия на мониторе.

Но в градациях файлах камерой заложена нелинейность.  Больше значение в файле соответствует большему диапазону яркости в реальной сцене.

Это приводит к тому, что в случае линейности видеосистемы изображение выводилось бы слишком светлым.

Магическим образом эта проблема решилась сама собой — технически особенности мониторов подразумевают нелинейность сигнала/свечения примерно равную 2,2.

Нелинейность кинескопа называется нативной-гаммой.

Она же по совместительству является и так называемой  »гаммо-компенсацией предискажения».

Или просто гамма-компенсацией.

 

Что такое LUT?

Лет так двадцать назад производители видеокарт стали выделять в памяти видеокарт дополнительную управляемую область, которая получила название «Look Up Table».

По своей сути LUT это своеобразная «таблица поправок» основная задача которой обеспечить возможность внесения поправок  в каждый из трех каналов цвета.

В практическом смысле это может применяться  по-разному. Например:

  • при калибровки видеосистемы в сигнал вносятся соответвующие поправки призванные обеспечить эталонный стандарт передачи цвета  sRGB конкретным мониторов в конкретных условиях освещения;
  • становится возможным имитировать одни устройства вывода на других. Например дизайнер делает презентацию, которая будет демонстрироваться на проекторе. У проектора другая цветопередача, чем у монитора. Что бы посмотреть как кадры будут выглядеть во время презентации, дизайнер может либо подключить проектор, либо включить соответвующий профиль LUT.

 

 Что такое цветовые профили? 

В программах от Adobe (After Effects, Photoshop), используются аналоги LUT-ов — цветовые профили/профайлы (color profiles).

Например CMYK-профили используются для имитации на мониторе цветов бумажного отпечатка.

Цветовые профили и LUT-ы создают с помощью устройств для калибровки (колориметров, спектрофотометров) или вручную на глаз.