Correzione gamma: Migliorare la chiarezza visiva nella visione artificiale: la tecnica di correzione gamma

Di Fouad Sabry

Che cos'è la correzione gamma

La correzione gamma, spesso nota come gamma, è un processo non lineare utilizzato nei sistemi video o di immagini fisse allo scopo di codificare e decodificare la luminanza o valori di tristimolo. Uno dei modi più semplici per definire la correzione gamma è utilizzare la legge di potenza presentata di seguito:

Come trarrai beneficio

(I) Approfondimenti e convalide sui seguenti argomenti:

Capitolo 1: Correzione gamma

Capitolo 2: Modello di colore RGB

Capitolo 3: Scala di grigi

Capitolo 4: sRGB

Capitolo 5: Spazio colore Adobe RGB

Capitolo 6: Mappatura dei toni

Capitolo 7: Rec. 709

Capitolo 8: Racc. 2020

Capitolo 9: Video con gamma dinamica standard

Capitolo 10: Log?gamma ibrido

(II) Rispondere alle principali domande del pubblico sulla correzione gamma.

(III) Esempi reali dell'utilizzo della correzione gamma in molti campi.

A chi è rivolto questo libro

Professionisti , studenti universitari e laureati, appassionati, hobbisti e coloro che vogliono andare oltre le conoscenze o le informazioni di base per qualsiasi tipo di correzione gamma.

 

 

• Lingua: Italiano
• Editore: Un Miliardo Di Ben Informato [Italian]
• Data di uscita: 28 apr 2024

Anteprima del libro

Capitolo 1: Correzione gamma

La gamma, o correzione gamma, è un processo non lineare utilizzato nei sistemi video e di immagini fisse per codificare e decodificare i valori di luminanza o tristimolo. Nella sua forma più semplice, la correzione gamma è definita dall'espressione della legge di potenza:

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

dove il valore reale di ingresso non negativo V_{{\text{in}}} viene elevato alla potenza \gamma e moltiplicato per la costante A per ottenere il valore di uscita V_{{\text{out}}} .

Per il valore più frequente di A = 1,, Tipicamente, i valori di ingresso e uscita sono compresi nell'intervallo 0-1.

Un valore gamma \gamma <1 è talvolta chiamato gamma di codifica, L'uso di questa non linearità della legge di potenza di compressione nella codifica è nota come compressione gamma; al contrario, un valore gamma \gamma >1 è chiamato gamma di decodifica, Inoltre, l'uso dell'espansione della legge di potenza non lineare è noto come espansione gamma.

Sfruttando il modo non lineare in cui gli esseri umani percepiscono la luce e il colore, la codifica gamma delle immagini viene utilizzata per ottimizzare il consumo di bit durante la codifica di un'immagine o la larghezza di banda utilizzata per trasmettere un'immagine. Questo è il motivo per cui ci vuole molta energia creativa per decidere come mostrare al meglio l'immagine originale nella sua versione ridotta. La correzione gamma, spesso nota come selezione del contrasto, è uno strumento nella cassetta degli attrezzi del fotografo per mettere a punto il prodotto finale.

I sensori elettronici sono utilizzati nelle fotocamere digitali per registrare la luce e in genere rispondono in modo lineare. Le trasformazioni dello spazio colore e le trasformazioni di rendering verranno eseguite nel processo di trasformazione dei dati grezzi lineari in dati RGB standard (ad esempio, per la memorizzazione in formato immagine JPEG). In particolare, le intensità dei colori primari in una riproduzione fotografica sono codificate in modo non lineare (attraverso la compressione gamma) in quasi tutti gli spazi colore RGB standard e nei formati di file. Inoltre, esiste una non linearità di riproduzione tonale tra la riproduzione pianificata e le intensità della scena misurate.

La teoria gamma può essere utilizzata per analizzare qualsiasi tipo di connessione non lineare.

Per la relazione potenza-legge {\displaystyle V_{\text{out}}=V_{\text{in}}^{\gamma }} , Su una scala logaritmica, la curva appare come una linea retta, con una pendenza costante gamma-uguale L'operatore derivato (qui che sta per pendenza):

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

Se si traccia un grafico input-output su assi logaritmici, la pendenza del grafico corrisponde a gamma. Questa pendenza è costante per le curve a legge di potenza, ma il concetto può essere generalizzato a qualsiasi curva definendo gamma (più precisamente, gamma puntiforme) come la pendenza della curva in un dato punto.

Un grafico con l'esposizione logaritmica sull'asse orizzontale e la densità (o il logaritmo negativo di trasmittanza) sull'asse verticale rappresenta i risultati dell'esposizione della pellicola fotografica alla luce. Questa curva è la caratteristica distintiva o distintiva di una specifica composizione del film e della tecnica di lavorazione. Una curva definita dalla trasformata di Hurter-Driffield.

I ricevitori e i display televisivi che utilizzano tubi a raggi catodici (CRT) in genere non richiedono una correzione gamma aggiuntiva durante l'uscita. La compressione gamma dei segnali video trasmessi o memorizzati è progettata per coincidere con l'espansione gamma del CRT (anche se non è l'esatto contrario). I valori gamma utilizzati nei segnali TV sono definiti dalle specifiche video analogiche. CCIR I sistemi di colore NTSC (M e N) utilizzano una gamma di 2,2, mentre i sistemi di colore PAL e SECAM (B/G/H/I/D/K/K1 e L) utilizzano una gamma di 2,8.

Le immagini sono spesso codificate con una gamma di circa 0,45 e decodificate con la gamma reciproca di 2,2 nei sistemi di visualizzazione dei computer. I computer Macintosh erano un'eccezione; prima del rilascio di Mac OS X 10.6 (Snow Leopard) nel settembre 2009, codificavano con gamma 0.55 e decodificavano con gamma 1.8. Indipendentemente da ciò, sia i dati binari nei file di immagini fisse (come JPEG) che i file video (come MOV) sono espressamente codificati (cioè, portano valori codificati gamma, non intensità lineari) (come MPEG). Se si desidera una migliore corrispondenza con la gamma del dispositivo di output, il sistema può controllare ulteriormente entrambe le situazioni, attraverso la gestione del colore.

Lo spazio colore standard sRGB adottato dalla stragrande maggioranza delle fotocamere, PC, stampanti e fotocopiatrici non segue la stessa non linearità della legge di potenza descritta sopra, d'altra parte, il suo valore di gamma di decodifica è abbastanza costante intorno a 2,2, secondo il grafico a destra.

Quando l'intensità lineare è inferiore a 0,00313 o il valore compresso è inferiore a 0,04045, tale linea è retta (valore codificato proporzionale all'intensità), quindi γ = 1.

La curva nera tratteggiata dietro la curva rossa è una  curva standard γ = 2,2 a legge di potenza, per confronto.

Ad esempio, un'immagine Apple gamma = 1,8 può essere visualizzata in modo appropriato su un monitor PC gamma = 2,2 con l'aiuto di un software di correzione gamma. Un'altra applicazione è la regolazione della gamma di ciascun canale di colore per tenere conto delle differenze del monitor.

Se l'esponente del sistema di visualizzazione è noto, la correzione gamma automatica è possibile grazie ai metadati che specificano la gamma prevista dell'immagine (di cambiamenti tra i campioni di immagine codificati e l'emissione luminosa). A questo scopo, il blocco gAMA è incluso nella specifica PNG, mentre in altri formati come JPEG e TIFF viene utilizzato il tag Exif Gamma.

Queste caratteristiche hanno una storia di problemi, in particolare su Internet. PNG non corrisponderebbe ai colori JPG, GIF, HTML o CSS poiché non esiste un'impostazione gamma che corrisponda a visualizzare gli interi a 8 bit intatti.

Per i sistemi televisivi, la caratteristica gamma è un'approssimazione della legge di potenza della connessione tra la luminanza codificata e la luminosità dell'immagine reale desiderata.

Con questa correlazione non lineare, gli aumenti o le diminuzioni discreti della luminanza codificata generalmente si associano ad aumenti o diminuzioni di luminosità percettivamente equivalenti. Il reciproco dell'esponente usato da Ebner e Fairchild per convertire l'intensità lineare in luminosità (luma) per i neutri è risultato fornire una codifica percettiva approssimativamente ottimale dei grigi, e questo numero era di circa 2,33 (abbastanza vicino alla cifra di 2,2 citata per un tipico sottosistema di visualizzazione).

L'esempio seguente illustra la distinzione tra una scala di intensità che cresce linearmente e un segnale di luminanza codificato che aumenta linearmente (ingresso luminanza lineare compresso gamma) (uscita luminanza lineare).

La scala di intensità lineare ha un salto sostanziale nella luminosità percepita tra i valori di intensità 0,0 e