Кто что расскажет о велосипедах фирмы Gamma?!

Различного рода наборы гамма-характеристик и логарифмические гамма-функции стали очень популярны у видеолюбителей. Причина этого проста: динамический диапазон матриц современных видеокамер превышает 10 стопов (ступеней), но если использовать базовые настройки камеры, стандартную гамму, то мы получим около 6 стопов. Изображение с таким узким динамическим диапазоном и, как следствие, выбитыми участками, в английском языке получило название «video-look».

Расширить динамический диапазон можно как традиционным способом, с помощью, так называемого, «колена» для стандартной гамма-кривой (от англ. «knee»), так и с помощью набирающих популярность наборов гамма-характеристик и логарифмических гамма-функций.

Но прежде чем перейти к разговору о гамма-характеристиках и гамма-функциях, рассмотрим два важных момента: характер восприятия яркости зрением человека и понятие стандартной гаммы видеокамеры.

Восприятие яркости зрением человека

Особенностью нашего зрения является нелинейный характер восприятия яркости. Приведем классический пример с восприятием человеком яркости идентичных по мощности источников света. Пусть первоначально включен один источник света. Мы включаем второй источник света, яркость вырастает на один условный шаг (или в 2 раза для нас). Теперь предположим, что необходимо изменить яркость таким образом, чтобы общая яркость выросла в 3 раза по сравнению с 1 источником света. Сколько дополнительных источников света для этого понадобится? На первый взгляд может показаться, что для этого необходимо включить еще один источник света (2+1). Но это не так: нам понадобится включить еще два источника, то есть всего будет включено четыре источника (2+2). Повторим: если включено 2 источника света, и мы хотим увеличить яркость для нашего зрения на такую же величину как и при подключении к одному источнику света второго, то для этого нам потребуется подключить еще 2 источника света. Если мы захотим увеличить яркость для нашего зрения еще раз на заданную величину, то нам надо включить дополнительно уже 4 источника света (4+4), и так далее (8+8, 16+16, …).

Наше восприятие яркости нелинейно, его можно описать логарифмической функцией [1]. Зрение нечувствительно к незначительному относительно общей картины приросту яркости. Если к 20 источникам света добавить еще один, то изменение в яркости для наших глаз будет почти незаметным.

В результате эволюции для человека наиболее значимым стали изменения в средних тонах (кожа человека, окрас животных, растительность), а не в ярких тонах (небо, облака). Эта особенность нашего восприятия лежит в основе гамма-функций.

Стоит отметить, что матрица камеры в отличие от нашего зрения улавливает малейшие изменения яркости (см. рисунок ниже).

У цифровых матриц линейная зависимость между уровнем яркости и количеством источников света
У цифровых матриц линейная зависимость между уровнем яркости и количеством источников света

Rec. 709 или стандартная гамма

Для телевизоров с электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ или CRT — англ.) зависимость между количеством испускаемых фотонов и напряжением на катоде близка к степенной формуле.

Степенная функция имеет следующую формулу:

Vout=AVinγ,

где γ (гамма) — отношение исходящего сигнала к входящему.

Нижняя линия — гамма монитора, верхняя — гамма файла, прямая линия — гамма изображения
Нижняя линия — гамма монитора, верхняя — гамма файла, прямая линия — гамма изображения

В 1990 г. Международным союзом электросвязи (МСЭ или ITU — англ.) была принята рекомендация BT. 709 или Rec. 709[2], в которой определены стандарты для HD-телевидения. В частности, в ней определено значение гамма для степенной функции HD-телевизоров и HD-мониторов. Rec. 709 устанавливает преемственность и совместимость старого и нового телеоборудования.

В свою очередь видеокамеры записывают видео