Gamma

Onze ogen zijn gevoeliger voor verschillen in lichtintensiteit in donkere omgeving dan een vergelijkbaar verschil in een lichte omgeving. Hierdoor is het zinvol om een niet-lineair verloop te hanteren voor de omzetting van een digitale kleur-waarde naar een hoeveelheid licht. Wanneer je dit namelijk wel lineair zou doen, krijg je ofwel te veel detail in de lichte delen van het beeld, ofwel te weinig detail in de donkere delen. Wat je zou willen is dat je een verdubbeling van grijswaarde ook terug ziet op het scherm als een verdubbeling van de hoeveelheid licht.

Deze compensatie voor de non-lineairiteit in onze waarneming noemen we Gamma (?) (ook wel Gamma-correctie of Gamma-compensatie genoemd)

De gamma kun je op veel plaatsen tegenkomen, van opname tot weergave tot de waarnemer (bijvoorbeeld het oog).

Camera gamma - Hiermee heb je te maken als je bijvoorbeeld RAW-opnames van je camera gaat gebruiken.
Decodeer gamma - Software kan intern tijdens het bewerken ook een gamma toepassen.
Weergave gamma - Dit is een combinatie van de gamma-curve die in de LUT (look-up-table) van de videokaart geschreven staat en de gamma die het beeldscherm toepast. Hiermee heb je met name te maken wanneer je je scherm gaat calibreren. ?_display = ?_LUT * ?_CRT of ?_display = ?_LUT / ?_CRT afhankelijk van hoe de gamma van het beeldscherm is gedefinieerd (input en output omgewisseld)
Waarnemer gamma - Bijvoorbeeld het menselijk oog.

Wiskundig gezien

Verhouding tussen input-Luminantie en de uitgangspanning

De camera-gamma (?) is wiskundig gezien de exponent van de luminantie:

V=(1+offset)L^? - offset                Voor overgang = L = 1
V=slope x L                             Voor 0 = L < overgang

L is de gewenste luminantie (0 = L = 1)

V is de electrische spanning (in Volt)

Voor diverse standaarden zijn deze parameters gedefinieerd. Bijvoorbeeld voor HDTV camera's (ITU-R BT.709-3) is dat als volgt:

offset=0,099     ?=0,45 (=1/2.22)      overgang=0,018      slope=4,5

Verhouding tussen het ingangsignaal van diverse bronnen en de intensiteit in het beeld

De gamma in een beeldscherm is omgekeerd.

intensiteit = voltage^?

CRT-monitoren hebben een ? die zit tussen 2.3 en 2.6.

Brightness & Contrast

Regelen van het zwart-niveau, oftewel instellen van het nul-punt (DC-adjust)

Instellen van de verhouding tussen wit en zwart.

In TV's zie je die offset parameter terug bij de brightness en contrast. De offset zegt iets over het zwartniveau en dit regel je met de brightness-knop op je TV. (1+offset) is te regelen met de contrast-knop op je toestel (soms ook wel "picture" of "gain" genoemd)

Dit lijkt in eerste instantie nogal tegenstrijdig, dat je met de brightness instelt hoe donker een beeld kan worden en met contrast hoe wit het beeld zou kunnen worden. In elk geval is nu wel duidelijk dat beide instellingen effect op elkaar hebben.

Meten van Gamma

Zoals al eerder gezegd, zorgt een gamma correctie ervoor dat een pixelwaarde met de helft van de maximum-waarde ook wordt weergegeven met de helft van de maximum intensiteit, oftewel dat er een lineair verband is tussen wat je op je scherm ziet en wat er heen gestuurd wordt. Een heel eenvoudige manier om op het oog de gamma-waarde te meten is door een bepaalde grijstint af te beelden met ernaast een verzameling witte en zwarte punten (of strepen), die gemiddeld ook die grijswaarde moeten hebben. Het zogenaamde halftoning, wat je nog steeds ziet met afdrukken van foto's in kranten. De grijstint die overeen komt met de gestreepte balk eronder geeft een indicatie van de ingestelde gamma.

Effecten van verkeerde gamma

Op een zwart-wit monitor is het effect van een verkeerd afgestelde gamma vrij eenvoudig voor te stellen.

Bij een te hoge gamma kunnen de details in de donkere delen samenvloeien tot 1 zwart vlak.
Bij een te lage gamma zal het detail in de lichte delen minder makkelijk te onderscheiden zijn.

Bij een kleurenbeeld echter zal je een verschuiving in kleur merken. Door de niet-lineaire verhouding van de gamma-functie zal namelijk de mengverhouding van de primaire kleuren anders worden in lichte of donkere gebieden. Een vlak van 1 kleur, maar met een verloop van licht naar donker, zal bij een verkeerde gamma een kleurverloop krijgen.

Praktijk voorbeelden

Voor verschillende toepassingen is door de jaren heen een andere gamma standaard geworden.

Windows PC's hanteren een gamma van 2,2 (in de formule 1/2,2 = 0,45)
Macintosh computers hanteren een gamma van 1,8 (in de formule 1/1,8 = 0,56) Dit is ongeveer de gamma van de Apple Laserwriter printer.
Bij calibratie van TV-toestellen wordt vaak een gamma van 2,2 aangehouden en in donkere ruimten een gamma van 2,5.

Van links naar rechts een steeds toenemende gamma: