Συντελεστής γάμα
Gamma, gamma-factor


Στην απόδοση των χρωμάτων και των τόνων του γκρι σε κάθε συσκευή εικόνας, το κυριότερο χαρακτηριστικό που καθορίζει το πώς εμφανίζονται τα χρώματα, είναι ο συντελεστής γάμα (gamma-factor).

Κάθε συσκευή εικόνας: οθόνη, εκτυπωτής, scanner, τηλεόραση, ψηφιακή κάμερα, αναλογική κάμερα, φιλμ, κλπ. έχει ένα συγκεκριμένο συντελεστή γάμα. Ας το δούμε αναλυτικά με ένα παράδειγμα. Και μια που μιλάμε για εμφάνιση χρωμάτων σε υπολογιστή, θα χρησιμοποιήσω για παράδειγμα την οθόνη του υπολογιστή.

Μια συγκεκριμένη οθόνη δέχεται σήματα RGB, αλλά για να μη δυσκολέψουμε το παράδειγμα ας υποθέσουμε ότι δέχεται μόνο ένα σήμα (ίδιες τιμές στα R, G και B) που παράγει μόνο ασπρόμαυρη εικόνα. Ας θεωρήσουμε επίσης ότι οι τιμές αυτού του σήματος είναι 0 ως 255. Λογικά θα πρέπει, -για να έχουμε πιστή απόδοση τόνων- η μέση τιμή 127 να αντιστοιχεί σε 50% γκρι, ενώ οι τιμές 0 και 255 σε μαύρο και άσπρο αντίστοιχα. Όμως μια οθόνη δεν συμπεριφέρεται με αυτό τον τρόπο. Βλέποντας το παρακάτω διάγραμμα παρατηρείτε ότι υπάρχει μη γραμμική σχέση μεταξύ του σήματος που δέχεται η οθόνη και των τόνων που παράγει. Έτσι η τιμή 127 του σήματος video (0.5) αντιστοιχεί σε 25% γκρι, αντί για 50%.

 

 

Παρατηρήθηκε ότι η μη γραμμική αυτή καμπύλη έχει εκθετική μορφή. Ο εκθέτης, της εκθετικής αυτής καμπύλης, είναι ο συντελεστής γάμα. Οι περισσότερες οθόνες των υπολογιστών έχουν μια τιμή του συντελεστή γάμα μεταξύ 2,2 και 2,6 ενώ οι οθόνες των τηλεοράσεων συντελεστή περίπου 2,2 για το Pal και 2,8 για το NTCS. Γενικά, η ίδιου τύπου καμπύλη παρατηρείται και στις περισσότερες συσκευές εικόνας. Έτσι ο συντελεστής γάμα (gamma factor) καθιερώθηκε γενικότερα, και είναι ένδειξη της μη γραμμικότητας της φωτεινότητας μιας συσκευής. Ας δούμε τώρα πώς επηρεάζει αυτός ο συντελεστής την επεξεργασία και απεικόνιση εικόνων στον υπολογιστή.

Επειδή οι περισσότερες οθόνες έχουν ένα συντελεστή γάμα ίσο με 2,5 , επιλέχθηκε από τις κάρτες γραφικών να εφαρμόζουν την αντίθετη καμπύλη (γ=0,45), ώστε να γίνεται διόρθωση της μη γραμμικότητας της φωτεινότητας στην οθόνη, σχήμα παρακάτω. Έτσι ο συνολικός συντελεστής γίνεται ίσος με 1, που σημαίνει γραμμική απεικόνιση των τόνων. Όμως όλες οι οθόνες δεν είναι ίδιες. Η οθόνη του υπολογιστή μου έχει συντελεστή γ=2,3. Έτσι με τη διόρθωση της φωτεινότητας από την κάρτα οθόνης οδηγεί το σύστημά μου (κάρτα οθόνης - οθόνη) να έχει ένα συντελεστή γάμα ίσο με 0,9. Δηλαδή μη γραμμική απόδοση χρωμάτων.

Τα πράγματα περιπλέκονται περισσότερο αν σκεφτούμε ότι υπάρχουν πολλές υλοποιήσεις του ίδιου προβλήματος. Σε άλλα λειτουργικά συστήματα (βλέπε Macintosh) έχει επιλεγεί ένα μέρος της διόρθωσης να γίνεται από την κάρτα οθόνης και ένα άλλο μέρος από το ίδιο το λειτουργικό. Έτσι η διόρθωση της κάρτας οθόνης είναι ίση με γ=1,45 ενώ η διόρθωση του λειτουργικού γ=1,8. Το σύνολό τους κάνει τη συνολική διόρθωση να είναι γ=2,5. Και επειδή το λειτουργικό των Macintosh επικράτησε σε εφαρμογές dtp και επεξεργασίας φωτογραφιών και εικόνας, επηρέασε την γενικότερη ασυμβατότητα.

Το Photoshop σαν πρόγραμμα που επικράτησε στην επεξεργασία φωτογραφίας, διατίθεται και για τα δύο λειτουργικά (windows, macintosh, καθώς και σε unix). Για τη χρωματική διόρθωση, χρειαζόταν διαφορετικές ρυθμίσεις για τα δύο λειτουργικά. Έτσι έμεινε με ένα κουτσουρεμένο συντελεστή γ=1,8 στην έκδοση 4.0 , ενώ με 2.2 στην έκδοση 5.5, τη στιγμή που σε macintosh ο συντελεστής είναι γ=1,8. Εδώ οφείλεται το φαινόμενο να επεξεργάζεται κανείς μια φωτογραφία σε photoshop και να εμφανίζεται καλή, ενώ όταν τη βλέπει με άλλο πρόγραμμα ή στο ίντερνετ τη βλέπει σκοτεινή και το αντίθετο. Μιλήσαμε μόνο για φωτεινότητα. Σκεφτείτε να μιλήσουμε και για χρώμα, τα πράγματα γίνονται ακόμα πιο πολύπλοκα!

Ευτυχώς τον τελευταίο καιρό επικράτησε το sRGB space model που είναι "ρυθμισμένο" σε γ=2,2 και θα αποτελέσει το στάνταρτ στις οθόνες, κάρτες και προγράμματα.

Επίσης, για παράδειγμα, δεν είναι ασυνήθιστο, μια οθόνη να έχει συντελεστή γ=2,5 για το κόκκινο (Red) και συντελεστές γ=2,65 για το πράσινο (Green) και γ=2,45 για το μπλε (Blue). Σ' αυτή την οθόνη για να αποδοθούν σωστά τα χρώματα, θα πρέπει εκτός της γενικής διόρθωσης γάμα στη φωτεινότητα να εφαρμοστεί διόρθωση και σε κάθε χρώμα χωριστά.

Το προηγούμενο κείμενο είναι απλοϊκό και δεν αποτελεί σε βάθος ανάλυση με κανένα τρόπο. Ίσως μάλλιστα να περιέχει και ανακρίβειες αλλά αποτελεί μια πρώτη προσέγγιση.

Ας δούμε τώρα την πρώτη αξιοποίηση της μέτρησης γαμα στην οθόνη. Θα χρησιμοποιήσουμε το Photoshop 5.5 και το βοηθητικό πρόγραμμα Adobe Gamma. Το δεύτερο, φορτώνεται αυτόματα σε κάθε εκκίνηση στα windows (startup). Με αυτό θα ρυθμίσουμε το σύστημα οθόνης, ώστε να έχει σωστή χρωματική απόδοση στο Photoshop (πρέπει προηγούμενα να έχετε ρυθμίσει τα ρυθμιστικά της οθόνης σας, φωτεινότητα και contrast):

 


1.  Επιλέξτε Start --> Settings --> Control Panel --> άνοιγμα του "Adobe Gamma"

2.  Στο παράθυρο που ανοίγει, αν είναι αυτό του παρακάτω σχήματος επιλέξτε το κουμπί "Control Panel". Αν όχι συνεχίστε με το βήμα 3

3.  Στο παράθυρο αυτό, επιλέξτε τον τύπο φωσφόρου της οθόνης σας (συνήθως HDTV (CCIR 709), P22-EBU, trinitron ή ...) και να μην είναι επιλεγμένο το "View Single Gamma Only"

4.  Κάτω από τα τρία χρωματιστά τετράγωνα βλέπετε ρυθμιστές. Μετακινήστε τους, ώστε το εσωτερικό τετράγωνο να έχει την ίδια φωτεινότητα με το εξωτερικό, σε κάθε χρώμα ξεχωριστά. Ειδικά για το κόκκινο και το πράσινο θα βοηθήσει να έχετε μισόκλειστα τα μάτια σας ή να βλέπετε από όσο το δυνατόν πιο μακριά (2-3 μέτρα είναι το ιδανικό)

5.  Στο τελευταίο βήμα, πατήστε πάνω στο κουμπί "Measure" του "White Point" και σε κάθε παράθυρο που ανοίγει να επιλέγετε το τετράγωνο που σας φαίνεται περισσότερο σωστό άσπρο. Έτσι "μετράτε" υποκειμενικά τη θερμοκρασία λευκού χρώματος της οθόνης σας. Αν τη γνωρίζετε από τα χαρακτηριστικά της, απλά επιλέξτε την από το παράθυρο (συνήθως 6.500, 7.500 ή 9.300). Πάντως καλού κακού κάντε και μια μέτρηση...

6.  Πατήστε ΟΚ, έχετε τελειώσει με τη ρύθμιση του συντελεστή γάμα της οθόνης, καθώς και με τη ρύθμιση του λευκού χρώματος. Βέβαια οι ρυθμίσεις αυτές αφορούν μόνο το Photoshop ή κάθε πρόγραμμα που χρησιμοποιεί τη μηχανή ICM για χρωματική διόρθωση.


 

Σε διάφορες εφαρμογές θα παρατηρήσετε ότι η ρύθσμιση gamma correction οδηγεί σε αύξηση ή μείωση της φωτεινότητας. Η διαφορά της ρύθμισης αυτής από την ρύθμιση brightness είναι μεγάλη. Στα περισσότερα προγράμματα και κυρίως στους driver των εκτυπωτών η ρύθμιση brightness "κόβει" τους λευκούς ή μαύρους τόνους από την εικόνα. Αντίθετα η ρύθμιση gamma correction (levels ή curves σε άλλες εφαρμογές) αυξάνει ή μειώνει τη φωτεινότητα χωρίς να "κόβει" τους ακραίους λευκούς ή μαύρους τόνους πράγμα που είναι και το επιθυμητό.

Τώρα είστε έτοιμοι να μάθετε για τα color profiles και τη χρωματική διόρθωση (color management system, CMS).