تصحيح جاما

تأثير تصحيح غاما على الصورة: تم تعديل الصورة الأصلية بقوى مختلفة، مما يُظهر أن القوى الأكبر من 1 تجعل الظلال أغمق، بينما القوى الأصغر من 1 تجعل المناطق المظلمة أفتح. مع ذلك، هذه ليست قيمة غاما الفعلية للصورة.

تصحيح جاما أو جاما هو عملية غير خطية تستخدم لترميز وفك ترميز الإضاءة في الفيديو أو الصور . [ 1 ]

يتم تعريف تصحيح جاما، في أبسط الحالات، من خلال تعبير قانون القوة التالي :

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

حيث قيمة الإدخال الحقيقية غير السالبةVفي{\displaystyle V_{\text{in}}}يتم رفعه إلى السلطةγ{\displaystyle \gamma }ويتم ضربها بالثابت A للحصول على قيمة الناتجVخارج{\displaystyle V_{\text{out}}}في الحالة الشائعة لـ A = 1 ، تكون المدخلات والمخرجات عادةً في النطاق 0-1.

قيمة جاماγ<1{\displaystyle \gamma <1}يُطلق عليه أحيانًا اسم جاما التشفير ، وتُسمى عملية التشفير باستخدام هذه اللاخطية الانضغاطية لقانون القوة بضغط جاما ؛ وعلى العكس من ذلك، قيمة جاماγ>1{\displaystyle \gamma >1}يُطلق عليه اسم فك التشفير غاما ، ويُطلق على تطبيق اللاخطية التوسعية لقانون القوة اسم توسيع غاما .

توضيح

يُستخدم ترميز غاما للصور لتحسين استخدام البتات عند ترميز الصورة، أو عرض النطاق الترددي المستخدم لنقلها، وذلك بالاستفادة من الطريقة غير الخطية التي يدرك بها الإنسان الضوء واللون. [ 1 ] يتبع إدراك الإنسان للسطوع ( الإضاءة )، في ظل ظروف الإضاءة العادية (لا ظلام دامس ولا سطوع ساطع)، دالة أسية تقريبية (لا علاقة لها بدالة غاما )، مع حساسية أكبر للاختلافات النسبية بين الدرجات الداكنة مقارنةً بالدرجات الفاتحة، بما يتوافق مع قانون ستيفنز الأسي لإدراك السطوع. إذا لم تُرمّز الصور باستخدام ترميز غاما، فإنها تُخصّص عددًا كبيرًا جدًا من البتات أو عرض نطاق ترددي كبير جدًا للمناطق المضيئة التي لا يستطيع الإنسان تمييزها، وعددًا قليلًا جدًا من البتات أو عرض نطاق ترددي صغير جدًا لقيم الظلال التي يُدركها الإنسان والتي تتطلب المزيد من البتات/عرض النطاق الترددي للحفاظ على نفس الجودة البصرية. [ 2 ] [ 1 ] [ 3 ] لا يُشترط ترميز غاما للصور ذات الفاصلة العائمة (بل قد يكون له نتائج عكسية)، لأن تنسيق الفاصلة العائمة يوفر بالفعل تقريبًا خطيًا متقطعًا لمنحنى لوغاريتمي. [ 4 ]

على الرغم من أن ترميز غاما طُوِّر في الأصل لتعويض خصائص سطوع شاشات أنبوب أشعة الكاثود (CRT)، إلا أن هذا ليس غرضه الرئيسي أو ميزته في الأنظمة الحديثة. في شاشات CRT، تتغير شدة الضوء بشكل غير خطي مع جهد مدفع الإلكترونات. يمكن لتعديل إشارة الإدخال عن طريق ضغط غاما إلغاء هذا التغير غير الخطي، بحيث تتمتع الصورة الناتجة بالسطوع المطلوب. مع ذلك، لا تؤثر خصائص غاما لجهاز العرض على ترميز غاما للصور والفيديو. فهي تحتاج إلى ترميز غاما لتحقيق أقصى جودة بصرية للإشارة، بغض النظر عن خصائص غاما لجهاز العرض. [ 1 ] [ 3 ] كان تشابه فيزياء CRT مع عكس ترميز غاما اللازم لنقل الفيديو مزيجًا من الصدفة والهندسة، مما بسّط الإلكترونيات في أجهزة التلفزيون المبكرة. [ 5 ]

تتمتع الأفلام الفوتوغرافية بقدرة أكبر بكثير على تسجيل الفروق الدقيقة في الظلال مقارنةً بما يمكن طباعته على الورق. وبالمثل، لا تستطيع معظم شاشات الفيديو عرض نطاق السطوع (النطاق الديناميكي) الذي تستطيع الكاميرات الإلكترونية العادية التقاطه. [ 6 ] لهذا السبب، يُبذل جهد فني كبير في اختيار الشكل المُصغّر الذي تُعرض به الصورة الأصلية. ويُعدّ تصحيح غاما، أو اختيار التباين، جزءًا من التقنيات الفوتوغرافية المُستخدمة لضبط الصورة المُعاد إنتاجها.

وبالمثل، تسجل الكاميرات الرقمية الضوء باستخدام مستشعرات إلكترونية تستجيب عادةً بشكل خطي. وفي عملية تحويل البيانات الخام الخطية إلى بيانات RGB تقليدية (مثلاً لتخزينها بصيغة JPEG )، تُجرى تحويلات على فضاء الألوان وتحويلات العرض. وعلى وجه الخصوص، تستخدم جميع فضاءات ألوان RGB القياسية تقريبًا وصيغ الملفات ترميزًا غير خطي (ضغط غاما) لشدة الألوان الأساسية المقصودة في الصورة الفوتوغرافية. إضافةً إلى ذلك، ترتبط الصورة المقصودة دائمًا تقريبًا بشكل غير خطي بشدة المشهد المقاسة، عبر عدم خطية في إعادة إنتاج الدرجات اللونية .

غاما المعممة

يمكن تطبيق مفهوم جاما على أي علاقة غير خطية. بالنسبة لعلاقة قانون القوةVخارج=Vفيγ{\displaystyle V_{\text{out}}=V_{\text{in}}^{\gamma }}، المنحنى على الرسم البياني اللوغاريتمي هو خط مستقيم، وميله في كل مكان يساوي جاما (يتم تمثيل الميل هنا بواسطة عامل المشتقة ):

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

بمعنى آخر، يمكن تمثيل جاما بيانيًا على أنها ميل منحنى المدخلات والمخرجات عند رسمه على محاور لوغاريتمية. بالنسبة لمنحنى قانون القوة، يكون هذا الميل ثابتًا، ولكن يمكن تعميم الفكرة على أي نوع من المنحنيات، وفي هذه الحالة تُعرَّف جاما (أو تحديدًا "جاما النقطية" [ 7 ] ) على أنها ميل المنحنى في أي منطقة معينة.

التصوير الفوتوغرافي الفيلمي

المنحنى المميز للفيلم الفوتوغرافي . يُطلق على ميل الجزء الخطي منه اسم جاما الفيلم.

عند تعريض فيلم فوتوغرافي للضوء، يمكن تمثيل نتيجة التعريض بيانيًا، حيث يُمثل المحور الأفقي لوغاريتم التعريض ، بينما يُمثل المحور الرأسي الكثافة، أو اللوغاريتم السالب للنفاذية. بالنسبة لتركيبة فيلم معينة وطريقة معالجة محددة، يُعرف هذا المنحنى بمنحنى هورتر-دريفيلد المميز . [ 8 ] [ 9 ] ولأن كلا المحورين يستخدمان وحدات لوغاريتمية، يُطلق على ميل الجزء الخطي من المنحنى اسم جاما الفيلم. عادةً ما يكون للفيلم السلبي جاما أقل من 1؛ [ 9 ] [ 10 ] بينما يكون للفيلم الإيجابي (فيلم الشرائح، فيلم الانعكاس) جاما بقيمة مطلقة أكبر من 1. [ 11 ]

جاما القياسية

التلفزيون التناظري

لا تتطلب مخرجات أجهزة استقبال وشاشات التلفزيون القائمة على أنابيب أشعة الكاثود عادةً تصحيحًا إضافيًا لمعامل جاما. تتضمن إشارات الفيديو القياسية المرسلة أو المخزنة في ملفات الصور ضغطًا لمعامل جاما يطابق توسيع جاما في أنبوب أشعة الكاثود (مع أنه ليس العكس تمامًا). بالنسبة لإشارات التلفزيون، تكون قيم جاما ثابتة ومحددة وفقًا لمعايير الفيديو التناظري. يستخدم نظام CCIR M ، المرتبط بنظام ألوان NTSC ، قيمة جاما 2.2؛ بينما تستخدم الأنظمة B / G و H و I و D / K و K1 و L وM و N ، المرتبطة بنظامي ألوان PAL أو SECAM، قيمة جاما 2.8. [ 12 ] [ 13 ]

شاشات الكمبيوتر

في معظم أنظمة عرض الصور الحاسوبية، تُشفّر الصور باستخدام قيمة غاما تبلغ حوالي 0.45، وتُفكّ شفرتها باستخدام قيمة غاما مقلوبتها وهي 2.2. وكانت أجهزة ماكنتوش استثناءً ملحوظًا حتى إصدار نظام التشغيل ماك أو إس إكس 10.6 (سنو ليوبارد) في سبتمبر 2009، حيث كانت تُشفّر الصور باستخدام قيمة غاما تبلغ 0.55، وتُفكّ شفرتها باستخدام قيمة غاما تبلغ 1.8. وعلى أي حال، تُشفّر البيانات الثنائية في ملفات الصور الثابتة (مثل JPEG) بشكل صريح (أي أنها تحمل قيمًا مشفرة باستخدام غاما، وليست شدة إضاءة خطية)، وكذلك ملفات الصور المتحركة (مثل MPEG ). ويمكن للنظام، اختياريًا، إدارة كلتا الحالتين بشكل إضافي، من خلال إدارة الألوان ، إذا لزم الأمر لتحقيق تطابق أفضل مع قيمة غاما لجهاز الإخراج.

رسم بياني يوضح اللاخطية القياسية لتوسيع جاما في نظام ألوان sRGB باللون الأحمر، وقيمة جاما المحلية (الميل في فضاء لوغاريتمي-لوغاريتمي) باللون الأزرق. ترتفع قيمة جاما المحلية من 1 إلى حوالي 2.2.

لا يستخدم معيار فضاء الألوان sRGB، المستخدم في معظم الكاميرات وأجهزة الكمبيوتر والطابعات، دالة لاخطية بسيطة لقانون القوة كما ذُكر سابقًا، بل يتميز بقيمة غاما لفك التشفير قريبة من 2.2 في معظم نطاقه، كما هو موضح في الرسم البياني على اليمين/أعلى. عند قيمة مضغوطة أقل من 0.04045 أو شدة خطية أقل من 0.00313، يكون المنحنى خطيًا (القيمة المشفرة تتناسب مع الشدة)، وبالتالي γ = 1. وللمقارنة، يمثل المنحنى الأسود المتقطع خلف المنحنى الأحمر منحنى قانون القوة القياسي بقيمة γ = 2.2 .

يُستخدم تصحيح جاما في أجهزة الكمبيوتر، على سبيل المثال، لعرض صورة من Apple ذات جاما = 1.8 بشكل صحيح على شاشة كمبيوتر شخصي ذات جاما = 2.2 عن طريق تغيير جاما الصورة. ومن الاستخدامات الأخرى معادلة جاما قنوات الألوان الفردية لتصحيح اختلافات الشاشة.

معلومات جاما الوصفية

تسمح بعض تنسيقات الصور بتخزين قيمة غاما المقصودة للصورة (الناتجة عن التحويلات بين عينات الصورة المشفرة ومخرجات الضوء) كبيانات وصفية ، مما يُسهّل تصحيح غاما تلقائيًا. يتضمن معيار PNG جزء gAMA لهذا الغرض [ 14 ] ، ومع تنسيقات مثل JPEG و TIFF، يُمكن استخدام علامة Exif Gamma. كما يُمكن لبعض التنسيقات تحديد ملف تعريف ICC الذي يتضمن دالة نقل.

لطالما تسببت هذه الخصائص في مشاكل، خاصةً على الإنترنت. فبالنسبة لألوان HTML وCSS وصور JPG أو GIF التي لا تحتوي على بيانات تعريفية لملف تعريف الألوان، كانت المتصفحات الشائعة تُمرر قيمًا رقمية للألوان إلى الشاشة دون إدارة للألوان، مما أدى إلى اختلاف كبير في المظهر بين الأجهزة؛ ومع ذلك، كانت هذه المتصفحات نفسها تُرسل الصور مع تحديد قيمة جاما بشكل صريح في البيانات الوصفية من خلال إدارة الألوان، كما كانت تُطبق قيمة جاما افتراضية على صور PNG التي لا تحتوي على بيانات وصفية. هذا جعل من المستحيل على صور PNG أن تُطابق ألوان HTML أو JPG غير المُوسومة في الوقت نفسه على جميع الأجهزة. [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] وقد تحسن هذا الوضع منذ ذلك الحين، حيث تدعم معظم المتصفحات الرئيسية الآن إعداد جاما (أو عدم وجوده). [ 18 ] [ 19 ]

قانون القوة لعرض الفيديو

خاصية جاما هي علاقة قانون القوة التي تقارب العلاقة بين الإضاءة المشفرة في نظام التلفزيون وإضاءة الصورة الفعلية المطلوبة.

في ظل هذه العلاقة غير الخطية، تتوافق الخطوات المتساوية في الإضاءة المشفرة تقريبًا مع خطوات متساوية في السطوع من وجهة نظر المستخدم. استخدم إبنر وفيرتشايلد [ 20 ] معاملًا أُسّيًا قدره 0.43 لتحويل شدة الإضاءة الخطية إلى سطوع (لوما) للألوان المحايدة؛ ووجد أن مقلوب هذا المعامل، الذي يبلغ حوالي 2.33 (وهو قريب جدًا من الرقم 2.2 المذكور لنظام عرض نموذجي)، يوفر ترميزًا إدراكيًا مثاليًا تقريبًا للدرجات الرمادية.

يوضح الرسم التوضيحي التالي الفرق بين مقياس ذي إشارة إضاءة مشفرة متزايدة خطيًا (مدخل إضاءة مضغوط خطيًا غاما) ومقياس ذي مقياس شدة متزايد خطيًا (مخرج إضاءة خطي).

التشفير الخطيV S = 0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0
الكثافة الخطية أنا = 0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0

في معظم الشاشات (ذات قيمة جاما حوالي 2.2)، يُلاحظ أن مقياس شدة الإضاءة الخطي يُظهر قفزة كبيرة في السطوع المُدرَك بين قيمتي الشدة 0.0 و0.1، بينما تكون الخطوات في الطرف الأعلى من المقياس غير محسوسة تقريبًا. أما مقياس جاما المُشفّر، الذي يتميز بزيادة غير خطية في الشدة، فيُظهر خطوات أكثر انتظامًا في السطوع المُدرَك.

على سبيل المثال، تقوم شاشة أنبوب أشعة الكاثود بتحويل إشارة الفيديو إلى ضوء بطريقة غير خطية، لأن شدة (سطوع) مدفع الإلكترونات كدالة لجهد الفيديو المطبق غير خطية. ترتبط شدة الضوء I بجهد المصدر Vs وفقًا لـ

أناVsγ،{\displaystyle I\propto V_{\text{s}}^{\gamma },}

حيث γ هو الحرف اليوناني غاما . بالنسبة لشاشة CRT، فإن قيمة غاما التي تربط السطوع بالجهد تتراوح عادةً بين 2.35 و2.55؛ وعادةً ما تقوم جداول البحث عن الفيديو في أجهزة الكمبيوتر بضبط قيمة غاما للنظام إلى النطاق من 1.8 إلى 2.2، [ 1 ] وهو النطاق الذي يجعل فرق الترميز الموحد يعطي فرق سطوع إدراكي موحد تقريبًا، كما هو موضح في الرسم البياني في أعلى هذا القسم.

لتبسيط الأمر، لنأخذ مثال شاشة CRT أحادية اللون. في هذه الحالة، عند إدخال إشارة فيديو بقيمة 0.5 (تمثل درجة الرمادي المتوسطة) إلى الشاشة، تكون شدة الإضاءة أو السطوع حوالي 0.22 (مما ينتج عنه درجة رمادية متوسطة، أي حوالي 22% من شدة اللون الأبيض). الأسود النقي (0.0) والأبيض النقي (1.0) هما اللونان الوحيدان اللذان لا يتأثران بمعامل جاما.

لتعويض هذا التأثير، تُطبَّق أحيانًا دالة النقل العكسية (تصحيح غاما) على إشارة الفيديو بحيث تكون الاستجابة من البداية إلى النهاية خطية. بعبارة أخرى، تُشوَّه الإشارة المرسلة عمدًا بحيث يرى المشاهد السطوع الصحيح بعد تشويهها مرة أخرى بواسطة جهاز العرض. ودالة النقل العكسية المذكورة أعلاه هي

VجVs1/γ،{\displaystyle V_{\text{c}}\propto V_{\text{s}}^{1/\gamma },}

حيث V <sub>c </sub> هو الجهد المصحح، و V<sub> s</sub> هو جهد المصدر، على سبيل المثال، من مستشعر صورة يحول الشحنة الضوئية خطيًا إلى جهد. في مثالنا على شاشة CRT، فإن 1/ γ يساوي 1/2.2 ≈ 0.45.

تستقبل شاشة CRT الملونة ثلاث إشارات فيديو (الأحمر والأخضر والأزرق) ، وعادةً ما يكون لكل لون قيمة جاما خاصة به، يُرمز لها بـ γR أو γG أو γB . ومع ذلك، في أنظمة العرض البسيطة، تُستخدم قيمة واحدة لـ γ لجميع الألوان الثلاثة.

تختلف قيم جاما في أجهزة العرض الأخرى؛ فعلى سبيل المثال، تتراوح قيمة جاما في شاشة جهاز غيم بوي أدفانس بين 3 و4 تبعًا لظروف الإضاءة. أما في شاشات LCD، مثل تلك الموجودة في أجهزة الكمبيوتر المحمولة، فإن العلاقة بين جهد الإشارة V<sub> s </sub> وشدة الإضاءة I غير خطية للغاية، ولا يمكن وصفها بقيمة جاما. مع ذلك، تُجري هذه الشاشات تصحيحًا على جهد الإشارة للحصول على سلوك قياسي تقريبًا بقيمة جاما γ = 2.5 . وفي تسجيلات التلفزيون بنظام NTSC ، تكون قيمة جاما γ = 2.2 .

دالة قانون القوة، أو معكوسها، لها ميل لانهائي عند الصفر. وهذا يُسبب مشاكل في التحويل من وإلى فضاء ألوان غاما. لهذا السبب، تُعرّف معظم فضاءات الألوان المُحددة رسميًا، مثل sRGB، قطعة مستقيمة بالقرب من الصفر، وتُضاف إليها قيمة x + K (حيث K ثابت) مرفوعة إلى قوة، بحيث يكون للمنحنى ميل متصل. لا يُمثل هذا الخط المستقيم ما يفعله أنبوب أشعة الكاثود، ولكنه يجعل بقية المنحنى أقرب إلى تأثير الضوء المحيط على أنبوب أشعة الكاثود. في هذه التعبيرات، لا يكون الأس هو غاما؛ على سبيل المثال، تستخدم دالة sRGB قوة 2.4، ولكنها تُشبه إلى حد كبير دالة قانون القوة ذات الأس 2.2، بدون جزء خطي.

طرق إجراء تصحيح جاما للعرض في الحوسبة

يمكن معالجة ما يصل إلى أربعة عناصر لتحقيق ترميز جاما لتصحيح الصورة المراد عرضها على شاشة كمبيوتر نموذجية ذات جاما 2.2 أو 1.8:

  • تُخزَّن قيم شدة البكسل في ملف الصورة بطريقة تُمثِّل شدة الإضاءة عبر قيم مُضغوطة باستخدام جاما، بدلاً من التشفير الخطي. ويتم ذلك بشكل منهجي مع ملفات الفيديو الرقمية (مثل تلك الموجودة في أفلام DVD ) لتقليل خطوة فك تشفير جاما أثناء التشغيل، ولزيادة جودة الصورة إلى أقصى حد ممكن ضمن مساحة التخزين المتاحة. وبالمثل، تُعوَّض قيم البكسل في تنسيقات ملفات الصور القياسية عادةً باستخدام جاما، إما لجاما sRGB (أو ما يُعادلها، وهو تقريب لجاما الشاشات القديمة)، أو وفقًا لجاما مُحدَّدة في البيانات الوصفية، مثل ملف تعريف ICC . إذا لم تتطابق جاما التشفير مع جاما نظام العرض، يُمكن إجراء تصحيح إضافي، إما على الشاشة أو لإنشاء ملف صورة مُعدَّل بملف تعريف مختلف.
  • يكتب برنامج العرض قيم البكسل الثنائية المشفرة بتقنية غاما مباشرةً إلى ذاكرة الفيديو (عند استخدام أوضاع الألوان العالية / الحقيقية ) أو في سجلات CLUT الخاصة بمحول العرض (عند استخدام أوضاع الألوان المفهرسة ) . وتقوم هذه السجلات بتشغيل محولات رقمية تناظرية (DAC) تُخرج بدورها الفولتية المتناسبة إلى الشاشة. على سبيل المثال، عند استخدام ألوان RGB ذات 24 بت (8 بت لكل قناة)، فإن كتابة القيمة 128 (نقطة المنتصف المقربة لنطاق البايتات من 0 إلى 255 ) في ذاكرة الفيديو تُخرج فولتية متناسبة ≈ 0.5 إلى الشاشة، مما يجعلها تبدو أغمق بسبب سلوك الشاشة. وبدلاً من ذلك، لتحقيق شدة إضاءة ≈ 50% ، يمكن تطبيق جدول بحث مشفر بتقنية غاما لكتابة قيمة قريبة من 187 بدلاً من 128 بواسطة برنامج العرض.
  • تحتوي محولات العرض الحديثة على جداول بحث مخصصة للمعايرة (CLUTs)، والتي يمكن تحميلها مرة واحدة بجدول بحث تصحيح غاما المناسب لتعديل الإشارات المشفرة رقميًا قبل محولات الإشارة الرقمية إلى التناظرية (DACs) التي تُخرج الفولتية إلى الشاشة. [ 21 ] يُطلق على ضبط هذه الجداول بشكل صحيح اسم معايرة الأجهزة . [ 22 ]
  • تتيح بعض الشاشات الحديثة للمستخدم التحكم في سلوك جاما (كما لو كان مجرد إعداد آخر للسطوع/التباين)، حيث تقوم بتشفير إشارات الإدخال بنفسها قبل عرضها على الشاشة. وهذا أيضاً نوع من المعايرة باستخدام تقنية الأجهزة، ولكنه يُجرى على الإشارات الكهربائية التناظرية بدلاً من إعادة تعيين القيم الرقمية، كما في الحالات السابقة.

في نظام مُعاير بدقة، يمتلك كل مكون قيمة جاما مُحددة لترميز الإدخال و/أو الإخراج. [ 22 ] قد تُغير المراحل قيمة جاما لتصحيح المتطلبات المختلفة، وفي النهاية، يقوم جهاز الإخراج بفك تشفير جاما أو تصحيحها حسب الحاجة، للوصول إلى مجال شدة خطي. يمكن تطبيق جميع طرق التشفير والتصحيح بشكل عشوائي، دون علم مُتبادل بين العناصر المختلفة بهذه الحقيقة؛ إذا تم ذلك بشكل غير صحيح، فقد تؤدي هذه التحويلات إلى نتائج مُشوهة للغاية، ولكن إذا تم تنفيذها بشكل صحيح وفقًا للمعايير والاتفاقيات، فستؤدي إلى نظام يعمل بشكل سليم.

في نظام نموذجي، بدءًا من الكاميرا مرورًا بملف JPEG وصولًا إلى الشاشة، يتضمن تصحيح غاما عدة أجزاء متعاونة. تقوم الكاميرا بتشفير الصورة المُعالجة في ملف JPEG باستخدام إحدى قيم غاما القياسية، مثل 2.2، للتخزين والإرسال. قد يستخدم جهاز العرض محرك إدارة ألوان لتحويل الصورة إلى مساحة لونية مختلفة (مثل مساحة اللون γ = 1.8 في أجهزة ماكنتوش القديمة ) قبل إدخال قيم البكسل في ذاكرة الفيديو. قد تُجري الشاشة تصحيح غاما خاص بها لمطابقة قيمة غاما الخاصة بشاشة CRT مع تلك المستخدمة في نظام الفيديو. يتيح تنسيق هذه المكونات عبر واجهات قياسية بقيم غاما قياسية افتراضية إمكانية تهيئة النظام بشكل صحيح.

اختبارات الشاشة البسيطة

صورة اختبار تصحيح جاما. صالحة فقط عند تكبير المتصفح  بنسبة  100%.

يُعد هذا الإجراء مفيدًا لجعل الشاشة تعرض الصور بشكل صحيح تقريبًا، على الأنظمة التي لا يتم فيها استخدام الملفات التعريفية (على سبيل المثال، متصفح Firefox قبل الإصدار 3.0 والعديد من المتصفحات الأخرى) أو في الأنظمة التي تفترض أن الصور المصدرية غير الموسومة موجودة في مساحة ألوان sRGB.

في نمط الاختبار، من المفترض أن تكون شدة كل شريط لون صلب هي متوسط ​​شدة الأشرطة في التمويه المنقط المحيط؛ لذلك، من الناحية المثالية، يجب أن تظهر المناطق الصلبة والتمويهات بنفس درجة السطوع في نظام مضبوط بشكل صحيح على جاما المشار إليها.

عادةً ما تحتوي بطاقة الرسومات على إعدادات للتحكم في التباين والسطوع، بينما تحتوي شاشة LCD الشفافة على إعدادات للتحكم في التباين والسطوع والإضاءة الخلفية . يؤثر كل من تباين وسطوع بطاقة الرسومات والشاشة على قيمة جاما الفعّالة، لذا يُنصح بعدم تغييرهما بعد إتمام عملية تصحيح جاما.

يساعد الشريطين العلويين في صورة الاختبار على ضبط قيم التباين والسطوع بشكل صحيح. يحتوي كل شريط على ثمانية أرقام، كل رقم مكون من ثلاثة خانات. تعرض الشاشة الجيدة ذات المعايرة الصحيحة الأرقام الستة الموجودة على اليمين في كلا الشريطين؛ بينما تعرض الشاشة الرخيصة أربعة أرقام فقط.

بافتراض قيمة غاما المطلوبة لنظام العرض، إذا رأى المشاهد نفس درجة السطوع في الجزء المربّع وفي الجزء المتجانس من كل منطقة ملونة، فإن تصحيح غاما يكون صحيحًا تقريبًا. [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ] في كثير من الحالات، تختلف قيم تصحيح غاما للألوان الأساسية اختلافًا طفيفًا.

يُعد ضبط درجة حرارة اللون أو النقطة البيضاء الخطوة التالية في ضبط الشاشة.

قبل تصحيح جاما، يجب ضبط قيمة جاما المطلوبة ودرجة حرارة اللون باستخدام عناصر التحكم في الشاشة. باستخدام عناصر التحكم في جاما والتباين والسطوع، لا يمكن إجراء تصحيح جاما على شاشة LCD إلا لزاوية رؤية رأسية محددة، مما يعني خطًا أفقيًا محددًا على الشاشة، عند مستوى سطوع وتباين محددين. يسمح ملف تعريف ICC بضبط الشاشة لعدة مستويات سطوع. تحدد جودة الشاشة (وسعرها) مدى انحراف نقطة التشغيل هذه الذي لا يزال يُعطي تصحيح جاما مُرضيًا. تتميز شاشات TN ( البلورية الملتوية ) ذات عمق اللون 6 بت لكل لون أساسي بأقل جودة. شاشات IPS ( التبديل داخل اللوحة ) ذات عمق اللون 8 بت عادةً أفضل. تتميز الشاشات الجيدة بعمق لون 10 بت، وإدارة ألوان مدمجة ، وإمكانية معايرة الأجهزة باستخدام مقياس ألوان ثلاثي المحفزات . غالبًا ما تُباع لوحة 6 بت مع FRC على أنها 8 بت، ولوحة 8 بت مع FRC على أنها 10 بت. لا يُعد FRC بديلاً حقيقيًا لمزيد من البتات. تحتوي تنسيقات عمق الألوان 24 بت و 32 بت على 8 بتات لكل لون أساسي.

في نظام التشغيل مايكروسوفت ويندوز 7 والإصدارات الأحدث، يُمكن للمستخدم ضبط تصحيح جاما باستخدام أداة معايرة ألوان الشاشة dccw.exe أو برامج أخرى. [ 26 ] [ 27 ] [ 28 ] تقوم هذه البرامج بإنشاء ملف تعريف ICC وتحميله افتراضيًا، مما يُسهّل إدارة الألوان . [ 29 ] قم بزيادة قيمة جاما في برنامج dccw حتى تُصبح المنطقة الملونة الأخيرة، والتي غالبًا ما تكون اللون الأخضر، بنفس درجة السطوع في المناطق المُربّعة والمتجانسة. استخدم مُنزلِقات توازن الألوان أو تصحيح جاما للألوان الفردية في برامج تصحيح جاما لضبط اللونين الآخرين. بعض برامج تشغيل بطاقات الرسومات القديمة لا تُحمّل جدول البحث عن الألوان بشكل صحيح بعد استئناف التشغيل من وضع الاستعداد أو وضع الإسبات، مما يؤدي إلى عرض قيم جاما خاطئة. في هذه الحالة، قم بتحديث برنامج تشغيل بطاقة الرسومات.

في بعض أنظمة التشغيل التي تستخدم نظام X Window ، يُمكن ضبط عامل تصحيح جاما (المُطبق على قيمة جاما الحالية) باستخدام الأمر المُخصص xgamma -gamma 0.9لضبط عامل تصحيح جاما إلى 0.9، xgammaوللاستعلام عن القيمة الحالية لهذا العامل (القيمة الافتراضية هي 1.0). أما في أنظمة macOS ، فيتم ضبط جاما ومعايرات الشاشة الأخرى ذات الصلة من خلال تفضيلات النظام.

التوسيع والمزج

عمومًا، ينبغي إجراء عمليات تغيير قيم البكسل في "الضوء الخطي" (غاما 1). يناقش إريك براسور هذه المسألة بالتفصيل ويقدم صورًا تجريبية. [ 30 ] تُسلط هذه الصور الضوء على مشكلة شائعة: إذ تُجري العديد من البرامج تغيير الحجم في فضاء لوني ذي غاما، بدلًا من الفضاء الخطي الصحيح فيزيائيًا. صُممت الصور التجريبية بحيث يكون لها مظهر مختلف تمامًا عند تقليل حجمها بشكل غير صحيح. وقد ابتكر جوناس برلين صورة بعنوان "برنامج تغيير الحجم لديك سيء/رائع" استنادًا إلى هذا المبدأ. [ 31 ]

بالإضافة إلى تغيير الحجم، تنطبق المشكلة أيضًا على أشكال أخرى من تقليل الدقة (تصغير الحجم)، مثل تقليل دقة اللون في تنسيق Y′CbCr المُفعّل بتقنية جاما في JPEG . [ 32 ] يحل تنسيق WebP هذه المشكلة بحساب متوسطات اللون في الفضاء الخطي ثم تحويلها مرة أخرى إلى فضاء مُفعّل بتقنية جاما؛ ويُستخدم حل تكراري للصور الأكبر حجمًا. يُستخدم نفس رمز YUV الحاد (المعروف سابقًا باسم YUV الذكي ) في sjpeg ، واختياريًا في AVIF . يوفر كورنيلسكي تقريبًا أبسط باستخدام المتوسط ​​المرجح القائم على الإضاءة. [ 33 ] تتأثر أيضًا عملية تركيب ألفا ، وتدرجات الألوان ، والعرض ثلاثي الأبعاد بهذه المشكلة. [ 34 ] [ 35 ]

على نحوٍ مُفارِق، عند تكبير الصورة (زيادة حجمها)، غالبًا ما تكون النتيجة المُعالَجة في فضاء لوني غاما "خاطئ" (غير فيزيائي) أكثر جاذبيةً من الناحية الجمالية. [ 36 ] ويعود ذلك إلى أن مُرشِّحات إعادة التشكيل ذات الفصوص السالبة، مثل مُرشِّح ميتشل-نيترافالي ولانكزوس ، تُنتج تشوهات حلقية خطية، على الرغم من أن الإدراك البشري غير خطي، ويُمكن تقريبه بشكل أفضل باستخدام غاما. (لا ينطبق مبدأ "التراجع التدريجي"، الذي يُحفِّز تقليل حجم الصورة في الضوء الخطي (غاما = 1)، عند زيادة حجمها). وتتمثل إحدى الطرق المُشابهة لتقليل وضوح التشوهات الحلقية في استخدام دالة نقل ضوئية سيغمية ، كما طوّرها برنامج ImageMagick وفلتر LoHalo الخاص ببرنامج GIMP ، وتم تكييفها لزيادة حجم الفيديو بواسطة برامج madVR و AviSynth و Mpv . [ 37 ] [ 38 ] [ 39 ] [ 40 ] [ 41 ]

عند عكس صورة عالية التباين (مثل نص) باستخدام عملية 1-x، تبدو الصورة صحيحة (بنفس سماكة الأحرف) في فضاء غاما. كما أن العديد من عمليات برنامج فوتوشوب (مثل التراكب، والإضاءة القوية، والإضاءة الناعمة، إلخ) مصممة للعمل في فضاء غاما، وتبدو غير صحيحة في الفضاء الخطي. لذا، يجب تعديل هذه الوظائف لتعمل في فضاء غاما أو فضاء خطي مختلف. ويجب على المبرمجين أيضًا الانتباه إلى ما إذا كان قد تم إجراء "الضرب المسبق" بقناة ألفا قبل أو بعد التحويل إلى الفضاء المخزن، وما إذا كانت قناة ألفا نفسها خطية أم مصححة باستخدام غاما.

مصطلحات

The term intensity refers strictly to the amount of light that is emitted per unit of time and per unit of surface, in units of lux. Note, however, that in many fields of science this quantity is called luminous exitance, as opposed to luminous intensity, which is a different quantity. These distinctions, however, are largely irrelevant to gamma compression, which is applicable to any sort of normalized linear intensity-like scale.

"Luminance" can mean several things even within the context of video and imaging:

  • luminance is the photometric brightness of an object (in units of cd/m2), taking into account the wavelength-dependent sensitivity of the human eye (the photopic curve);
  • relative luminance is the luminance relative to a white level, used in a color-space encoding;
  • luma is the encoded video brightness signal, i.e., similar to the signal voltage VS.

One contrasts relative luminance in the sense of color (no gamma compression) with luma in the sense of video (with gamma compression), and denote relative luminance by Y and luma by Y′, the prime symbol (′) denoting gamma compression.[42] Note that luma is not directly calculated from luminance, it is the (somewhat arbitrary) weighted sum of gamma-compressed RGB components.[1]

Likewise, brightness is sometimes applied to various measures, including light levels, though it more properly applies to a subjective visual attribute.

Gamma correction is a type of power-law function whose exponent is the Greek lettergamma (γ). It should not be confused with the mathematical Gamma function. The lower case gamma, γ, is a parameter of the former; the upper case letter, Γ, is the name of (and symbol used for) the latter (as in Γ(x)). To use the word "function" in conjunction with gamma correction, one may avoid confusion by saying "generalized power-law function".

Without context, a value labeled gamma might be either the encoding or the decoding value. Caution must be taken to correctly interpret the value as that to be applied-to-compensate or to be compensated-by-applying its inverse. In common parlance, in many occasions the decoding value (as 2.2) is employed as if it were the encoding value, instead of its inverse (1/2.2 in this case), which is the real value that must be applied to encode gamma.

See also

مراجع

  1. 1 2 3 4 5 6 تشارلز أ. بوينتون (2003). الفيديو الرقمي والتلفزيون عالي الوضوح: الخوارزميات والواجهات . مورغان كوفمان. ص  260، 630. ISBN 1-55860-792-7.
  2. "مواصفات PNG 13. الملحق: شرح جاما" . W3C. 1996-10-01 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2018-12-03 . ما هو تصحيح جاما؟
  3. 1 2 تشارلز بوينتون (2010). إجابات متكررة حول جاما.
  4. إريك راينهارد؛ وولفغانغ هايدريش؛ بول ديبيفيك؛ سومنتا باتانايك؛ غريغ وارد؛ كارول ميسكوفسكي (2010). التصوير بنطاق ديناميكي عالٍ: الاستحواذ والعرض والإضاءة القائمة على الصور . مورغان كوفمان. ص 82. ISBN  9780080957111.
  5. ماكيسون، جيسون ل. "الفصل 12. النطاق الديناميكي - الخطية وجاما" . تعلم برمجة الرسومات ثلاثية الأبعاد الحديثة . مؤرشف من الأصل في 18 يوليو 2013. تم الاسترجاع في 11 يوليو 2013 .
  6. بيتر هودجز (2004). مقدمة في قياس الفيديو والصوت ( الطبعة الثالثة). إلسيفير. ص 174. ISBN   978-0-240-80621-1.
  7. R. W. G. Hunt, The Reproduction of Colour , 6th Ed., p. 48.
  8. كوداك، "الحساسية الأساسية وخصائص الفيلم"تمت أرشفة هذه المقالة في 20 أغسطس 2012 على موقع Wayback Machine : "المنحنى المميز يشبه بصمة الفيلم".
  9. 1 2 "أفلام كوداك الاحترافية Tri-X 320 و400" . شركة إيستمان كوداك . مايو 2007. مؤرشف من الأصل (PDF) بتاريخ 2009-08-02 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2015-01-03 .
  10. "فيلم كوداك بروفيشنال بورتر 160" (ملف PDF) . imaging.kodakalaris.com . كوداك . تم الاطلاع عليه بتاريخ 29 يناير 2019 .
  11. "أفلام كوداكروم الاحترافية 25 و64 و200" (ملف PDF) . www.kodak.com . كوداك . تاريخ الاطلاع: 29 يناير 2019 .
  12. "11أ: خصائص أنظمة التلفزيون أحادي اللون والملون". تقارير اللجنة الاستشارية الدولية للإذاعة، 1990: وكذلك القرارات : الجمعية العامة السابعة عشرة، دوسلدورف (ملف PDF) . اللجنة الاستشارية الدولية للإذاعة. 1990. 
  13. التوصية ITU-R BT.470-6 - أنظمة التلفزيون التقليدية (ملف PDF) . ITU-R. 1998. ص 9. 
  14. "مواصفات رسومات الشبكة المحمولة (PNG) (الطبعة الثانية)" . www.w3.org . اتحاد شبكة الويب العالمية . تم الاطلاع عليه بتاريخ 25 يناير 2020 .
  15. سيفونين، هنري (31-03-2010). "القصة المحزنة لتصحيح جاما في بابوا غينيا الجديدة"" . hsivonen.fi . تم الاطلاع عليه بتاريخ 25-01-2021 .
  16. نيكول، جوناثان (ديسمبر 2006). "إصلاح جاما بابوا غينيا الجديدة" .
  17. رويلوفس، جريج (21 أغسطس 2005). "اختبار اتساق جاما للمتصفح" . www.libpng.org . تم الاطلاع عليه بتاريخ 25 يناير 2020 .
  18. "صفحة اختبار جاما: صور PNG مُعَلَّمة بجاما (1/1.6) على ألوان HTML" . www.libpng.org . تم الاطلاع بتاريخ 26-07-2023 .
  19. "اختبار جاما للمتصفح" .
  20. فريتز إبنر ومارك دي فيرتشايلد، "تطوير واختبار مساحة لونية (IPT) مع تحسين توحيد اللون"، وقائع المؤتمر السادس للتصوير الملون IS&T/SID، ص 8-13 (1998).
  21. SetDeviceGammaRamp ، واجهة برمجة تطبيقات Win32 لتنزيل منحنيات غاما عشوائية لعرض الأجهزة
  22. 1 2 جوناثان ساكس (2003). إدارة الألوان. الضوء الرقمي واللون. مؤرشف في 4 يوليو 2008 على موقع Wayback Machine
  23. كورين، نورمان. "معايرة الشاشة وجاما" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 10-12-2018 . يُمكّنك الجدول أدناه من ضبط مستوى اللون الأسود (السطوع) وتقدير جاما الشاشة ضمن نطاق من 1 إلى 3 بدقة أفضل من 0.1 .
  24. نينهويس، هان-كوانغ (2008). "معايرة جاما" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 30-11-2018 . يكمن سبب استخدام 48% بدلاً من 50% كقيمة للسطوع في أن العديد من شاشات LCD تعاني من مشاكل تشبع في آخر 5% من نطاق سطوعها، مما قد يشوه قياس جاما.
  25. أندروز، بيتر. "صفحة معايرة الشاشة وتقييم جاما" . تم الاسترجاع في 30 نوفمبر 2018. تكمن المشكلة في أن زمن استجابة معظم أجهزة الشاشات ليس سريعًا بما يكفي للانتقال من اللون الأسود الكامل إلى اللون الأبيض الكامل في مساحة بكسل واحد، أو حتى بكسلين في بعض الحالات.
  26. "احصل على أفضل عرض على شاشتك - قم بمعايرة شاشتك" . مايكروسوفت . تم الاطلاع عليه بتاريخ 10 ديسمبر 2018. إذا كان لديك جهاز وبرنامج لمعايرة الشاشة، فمن المستحسن استخدامهما بدلاً من برنامج معايرة ألوان الشاشة، لأنهما سيوفران لك نتائج معايرة أفضل.
  27. ويرل، إيبرهارد. "Quickgamma" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 10-12-2018 . QuickGamma هو برنامج صغير لمعايرة الشاشة أثناء التشغيل دون الحاجة إلى شراء أدوات باهظة الثمن.
  28. والترز، مايك. "معالج معايرة الشاشة" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 10 ديسمبر 2018. معالج سهل لإنشاء ملفات تعريف الألوان لشاشتك.
  29. "حول إدارة الألوان" . مايكروسوفت . تم الاطلاع عليه بتاريخ 10 ديسمبر 2018. عادةً ما يتولى نظام ويندوز هذه المهمة تلقائيًا .
  30. براسور، إريك (أغسطس 2007). "خطأ جاما في تحجيم الصور" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 22 مارس 2020. من الناحية التقنية، تكمن المشكلة في أن "الحسابات تُجرى كما لو كان مقياس السطوع خطيًا، بينما هو في الواقع مقياس أُسّي". رياضيًا: "يُفترض أن قيمة جاما تساوي 1.0، بينما هي في الواقع 2.2". وترتكب العديد من المرشحات والإضافات والبرامج النصية الخطأ نفسه.
  31. براسور، إريك. "خطأ غاما في تحجيم الصورة، شكر وتقدير" . أرسل جوناس برلين هذه الصورة. قم بتصغيرها بنسبة 1:2 باستخدام برنامجك...
  32. تشان، جلين (مايو 2008). "نحو تحسين أخذ عينات اللون: الحائز على جائزة SMPTE لأفضل ورقة بحثية طلابية لعام 2007" . مجلة SMPTE لتصوير الحركة . 117 (4): 39-45 . doi : 10.5594/J15100 .
  33. "تصحيح غاما لأخذ عينات اللون الفرعية · المشكلة رقم 193 · mozilla/mozjpeg" . GitHub .
  34. مؤرشف في Ghostarchiveوآلة Wayback: Minute Physics (20 مارس 2015). "ألوان الكمبيوتر معطوبة" . يوتيوب .
  35. نوفاك، جون (21 سبتمبر 2016). "ما يجب أن يعرفه كل مبرمج عن جاما" .
  36. نيكولاس روبيدو. "ردًا على: تكبير باستخدام sRGB، RGB، LAB، LUV، XYZ، sigmoidal...؟" . خادم حوار ImageMagick . بشكل عام، تُنتج مساحات الألوان الضوئية الخطية (RGB الخطي وXYZ) هالات داكنة مبالغ فيها، بينما تُنتج مساحات الألوان "الإدراكية" (sRGB، LAB، LUV) هالات فاتحة مبالغ فيها. إذا فكرت في الأمر للحظة، ستجد أن هذا منطقي تمامًا، لأن مساحات الألوان الإدراكية تُكثّف الكثير من البتات في الطرف الأكثر قتامة من طيف الشدة، وتُفرّغ الطرف الأكثر سطوعًا، وذلك لمحاكاة نظام الرؤية البشري (HVS). لذا، فإن وحدة واحدة من تجاوز اللون الداكن تُقلل من "المدى" في sRGB مقارنةً بـ RGB الخطي، ولكن وحدة واحدة من تجاوز اللون الفاتح تُقلل من "المدى" في RGB الخطي مقارنةً بـ sRGB.
  37. أنتوني تيسن. "تغيير الحجم باستخدام فضاء لوني سيجمويدي" . imagemagick.org . طُوِّرت تقنية جديدة، فبدلاً من محاولة تغيير حجم الصور في فضاء لوني خطي، يتم تغيير حجم الصورة في فضاء لوني مُعدَّل باستخدام مُعامل مُعدِّل اللون السيجمويدي (-sigmoidal-contrast). يُمكن لهذا أن يُقلِّل من تشوّه الهالات الحادة أو تشوّهات التداخل التي قد تظهر على طول الحواف الحادة جدًا.
  38. "GNOME/gegl: gegl-sampler-lohalo.c" . GitHub . ابتكر ن. روبيدو تقنية سيجمويديزيشن كطريقة لتقليل التجاوزات والنقصان الناتجين عن الترشيح باستخدام نواة ذات فص سالب إضافي. وتتألف هذه التقنية أساسًا من إعادة أخذ العينات عبر فضاء لوني تكون فيه أقصى درجات التدرج اللوني "بعيدة" عن درجات اللون المتوسطة.
  39. ماتياس راوين. "madVR - مُعالج فيديو عالي الجودة (بمساعدة وحدة معالجة الرسومات)" . forum.doom9.org . لقد قمتُ بتطبيق دالة سيجمويد "stretching" الخاصة بك، ويبدو أنها تعمل بشكل جيد، حسبما أرى.
  40. "أدوات التمويه" . ويكي AviSynth . تقوم أداة Dither_sigmoid_inverse بتطبيق منحنى سيجمويد العكسي على مقطع فيديو ذي إضاءة خطية لتقليل التشويش عند تغيير حجمه. بينما تقوم أداة Dither_sigmoid_direct بتحويل المقطع إلى إضاءة خطية. وتبقى قنوات الكروما دون تغيير.
  41. "mpv-player: options.rst" . GitHub . عند تكبير الصورة، استخدم تحويلًا لونيًا سيجمويديًا لتجنب إبراز تشوهات التداخل. مُفعّل افتراضيًا. هذا الخيار غير متوافق مع خيار --linear-upscaling ويحل محله. (لاحظ أن التحويل السيجمويدي يتطلب أيضًا تحويلًا خطيًا، لذا يتم تنفيذ خطوة العرض الخطي في كلتا الحالتين).
  42. دليل الهندسة EG 28، "مسرد مشروح للمصطلحات الأساسية للإنتاج الإلكتروني"، SMPTE، 1993.

معلومات عامة

أدوات مراقبة جاما