Corrección gamma: Mejora de la claridad visual en la visión por computadora: la técnica de corrección gamma

Por Fouad Sabry

Qué es la corrección gamma

La corrección gamma, a menudo conocida como gamma, es un proceso no lineal que se utiliza en sistemas de vídeo o imágenes fijas con el fin de codificar y decodificar la luminancia. o valores triestímulos. Una de las formas más sencillas de definir la corrección gamma es utilizar la declaración de la ley de potencia que se presenta a continuación:

Cómo se beneficiará

(I) Información y validaciones sobre los siguientes temas:

Capítulo 1: Corrección gamma

Capítulo 2: Modelo de color RGB

Capítulo 3: Escala de grises

Capítulo 4: sRGB

Capítulo 5: Espacio de color Adobe RGB

Capítulo 6: Mapeo de tonos

Capítulo 7: Rec. 709

Capítulo 8: Rec. 2020

Capítulo 9: Vídeo de rango dinámico estándar

Capítulo 10: Log?gamma híbrido

(II) Respondiendo a las principales preguntas del público sobre la corrección gamma.

(III) Ejemplos del mundo real sobre el uso de la corrección gamma en muchos campos.

Para quién es este libro

Profesionales , estudiantes de pregrado y posgrado, entusiastas, aficionados y aquellos que quieran ir más allá del conocimiento o la información básica para cualquier tipo de Corrección Gamma.

 

 

• Idioma: Español
• Editorial: Mil Millones De Conocimientos [Spanish]
• Fecha de lanzamiento: 28 abr 2024

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Capítulo 1: Corrección gamma

La gamma, o corrección gamma, es un proceso no lineal utilizado en sistemas de vídeo e imágenes fijas para codificar y decodificar valores de luminancia o triestímulos. En su forma más simple, la corrección gamma se define mediante la expresión de la ley de potencia:

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

donde el valor de entrada real no negativo V_{{\text{in}}} se eleva a la potencia \gamma y se multiplica por la constante A para obtener el valor de salida V_{{\text{out}}} .

Para el valor más frecuente de A = 1,, Normalmente, los valores de entrada y salida están en el rango 0-1.

Un valor gamma \gamma <1 a veces se denomina gamma codificador, El uso de esta no linealidad de la ley de potencia compresiva en la codificación se conoce como compresión gamma; a la inversa, un valor gamma \gamma >1 se denomina gamma decodificante, Además, el uso de la expansión de la ley de potencia no lineal se conoce como expansión gamma.

Aprovechando la forma no lineal en que los humanos perciben la luz y el color, la codificación gamma de imágenes se utiliza para optimizar el consumo de bits al codificar una imagen o el ancho de banda utilizado para transmitir una imagen. Es por eso que se necesita mucha energía creativa para decidir cuál es la mejor manera de mostrar la imagen original en su versión reducida. La corrección gamma, a menudo conocida como selección de contraste, es una herramienta en el kit de herramientas del fotógrafo para ajustar el producto final.

Los sensores electrónicos se utilizan en las cámaras digitales para registrar la luz y, por lo general, responden linealmente. Las transformaciones del espacio de color y las transformaciones de renderizado se llevarán a cabo en el proceso de transformación de datos lineales sin procesar en datos RGB estándar (por ejemplo, para almacenar en formato de imagen JPEG). En particular, las intensidades de los colores primarios en una reproducción fotográfica se codifican de forma no lineal (a través de la compresión gamma) en casi todos los espacios de color RGB estándar y formatos de archivo. Además, existe una no linealidad en la reproducción de tonos entre la reproducción planificada y las intensidades de escena medidas.

La teoría gamma se puede utilizar para analizar cualquier tipo de conexión no lineal.

Para la relación de la ley de potencia {\displaystyle V_{\text{out}}=V_{\text{in}}^{\gamma }} , En una escala logarítmica, la curva se ve como una línea recta, con una pendiente constante igual a gamma El operador derivado (aquí sustituye a la pendiente):

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

Si traza un gráfico de entrada-salida en ejes logarítmicos, la pendiente del gráfico corresponde a gamma. Esta pendiente es constante para las curvas de ley de potencia, pero el concepto puede generalizarse a cualquier curva definiendo gamma (más precisamente, gamma puntual) como la pendiente de la curva en cualquier punto dado.

Un gráfico con la exposición logarítmica en el eje horizontal y la densidad (o el logaritmo negativo de transmitancia) en el eje vertical representa los resultados de exponer la película fotográfica a la luz. Esta curva es la característica definitoria o distintiva de una técnica específica de composición y procesamiento de películas. Curva definida por la transformada de Hurter-Driffield.

Los receptores y pantallas de televisión que utilizan tubos de rayos catódicos (CRT) no suelen requerir corrección gamma adicional al emitir. La compresión gamma de las señales de vídeo transmitidas o almacenadas está diseñada para coincidir con la expansión gamma del CRT (aunque no es exactamente a la inversa). Los valores gamma utilizados en las señales de TV están definidos por las especificaciones de vídeo analógico. CCIR Los sistemas de color NTSC (M y N) utilizan una gamma de 2,2, mientras que los sistemas de color PAL y SECAM (B/G/H/I/D/K/K1 y L) utilizan una gamma de 2,8.

Las imágenes a menudo se codifican con una gamma de alrededor de 0,45 y se decodifican con la gamma recíproca de 2,2 en los sistemas de visualización de computadoras. Las computadoras Macintosh fueron una excepción; antes del lanzamiento de Mac OS X 10.6 (Snow Leopard) en septiembre de 2009, codificaron con gamma 0.55 y decodificaron con gamma 1.8. En cualquier caso, tanto los datos binarios de los archivos de imágenes fijas (como JPEG) como los archivos de vídeo (como MOV) están expresamente codificados (es decir, llevan valores codificados en gamma, no intensidades lineales) (como MPEG). Si se desea una mejor coincidencia con la gamma del dispositivo de salida, el sistema puede controlar aún más ambas situaciones, a través de la gestión del color.

El espacio de color sRGB estándar adoptado por la gran mayoría de las cámaras, PC, impresoras y fotocopiadoras no sigue la misma no linealidad de la ley de potencia descrita anteriormente, por otro lado, su valor gamma de decodificación es bastante constante alrededor de 2.2, según el gráfico de la derecha.

Cuando la intensidad lineal es inferior a 0,00313 o el valor comprimido es inferior a 0,04045, esa línea es recta (valor codificado proporcional a la intensidad), por lo que γ = 1.

La curva negra discontinua detrás de la curva roja es una curva estándar de γ = 2.2  de ley de potencia, a modo de comparación.

Por ejemplo, una imagen de Apple gamma = 1.8 se puede mostrar adecuadamente en un monitor de PC gamma = 2.2 con la ayuda de un software de corrección gamma. Ajustar la gamma de cada canal de color para tener en cuenta las diferencias de los monitores es otra aplicación.

Si se conoce el exponente del sistema de visualización, la corrección automática de la gamma es posible gracias a los metadatos que especifican la gamma deseada de la imagen (de los cambios entre las muestras de imagen codificadas y la salida de luz). Para ello, el fragmento gAMA se incluye en la especificación PNG, mientras que en otros formatos como JPEG y TIFF, se utiliza la etiqueta Exif Gamma.

Estas características tienen un historial de causar problemas, particularmente en Internet. PNG no coincidiría con los colores JPG, GIF, HTML o CSS, ya que no hay una configuración de gamma que corresponda a mostrar los enteros de 8 bits intactos.

En el caso de los sistemas de televisión, la característica gamma es una aproximación de la ley de potencia de la conexión entre la luminancia codificada y el brillo real deseado de la imagen.

Con esta correlación no lineal, los aumentos o disminuciones discretos en la luminancia codificada generalmente se asignan a aumentos o disminuciones de brillo perceptualmente equivalentes. Se encontró que el recíproco del exponente utilizado por Ebner y Fairchild para convertir la intensidad lineal en luminosidad (luma) para neutros proporcionaba una codificación perceptual aproximadamente óptima de los grises, y este número era de aproximadamente 2,33 (bastante cerca de la cifra de 2,2 citada para un subsistema de visualización típico).

El siguiente ejemplo muestra la distinción entre una escala de intensidad linealmente creciente y una señal de luminancia codificada linealmente creciente (entrada lineal de luminancia comprimida gamma) (salida