گاما یا Gamma در نمایشگرها و فایل‌های تصویری و همچنین فضای رنگ، توانی است که در رابطه‌ی توانی یا لگاریتمی سیگنال و روشنایی ظاهر می‌شود. در ادامه دقت گاما و گامای دیکد و اینکد را بیشتر بررسی می‌کنیم. گاما منظور از گاما، Gamma یا حرف یونانی آن γ توانی است که در رابطه‌ی بین سطح سیگنال و روشنایی نمایشگر یا برعکس، روشنایی محیط و سطح سیگنال ذخیره شده توسط حسگر یک دوربین استفاده می‌شود. البته این ساده‌ترین تعریف و رابطه‌ی ممکن است. اصطلاح گاما شاید اصلاً درست نباشد اما کاملاً مرسوم و متداول است. دقیق‌تر آن است که از عبارت … ادامه‌…

گاما

منظور از گاما، Gamma یا حرف یونانی آن γ توانی است که در رابطه‌ی بین سطح سیگنال و روشنایی نمایشگر یا برعکس، روشنایی محیط و سطح سیگنال ذخیره شده توسط حسگر یک دوربین استفاده می‌شود. البته این ساده‌ترین تعریف و رابطه‌ی ممکن است.

گاما عددی در رابطه‌ی توانی روشنایی و ولتاژ است.

گاما عددی در رابطه‌ی توانی روشنایی و ولتاژ است.

گاما و دقت گاما متداول‌ترین کلمات هستند.

اصطلاح گاما شاید اصلاً درست نباشد اما کاملاً مرسوم و متداول است. دقیق‌تر آن است که از عبارت گامای اینکد، فشرده‌سازی گاما (Gamma Compression) یا تصحیح گاما (Gamma Correction) استفاده کنیم. در هنگام نمایش تصویر روی مانیتور هم عبارت گامای دیکد یا گامای بازگشایی واژه‌ی مناسب‌تری است. اما آنچه ساده‌تر و کاملاً مفهوم است، خود گاماست.

گامای دیکد و اینکد را در ادامه توضیح می‌دهم.

گامای دیکد و اینکد

برای تعریف گاما ابتدا باید ببینیم که یک دوربین ساده چطور رنگ‌های هر پیکسل را ذخیره می‌کند.

ساده‌ترین حالت: فرض کنید قرار است از محیط تک‌رنگ عکاسی کنیم. حسگر که در حقیقت از مواد فتوالکتریک تشکیل شده، نور را به سیگنالی ضعیف تبدیل می‌کند که باید با ضرب کردن آن در یک عدد بزرگ و صد البته دیجیتایز کردن، عددی ساخته می‌شود که مشخص کردن آن از بیت‌های حافظه استفاده می‌شود.

255 روشنایی ۱۰۰ درصدی است و ۱۲۷ روشنایی ۵۰ درصدی.

با یک مثال موضوع روشن می‌شود. فرض کنید روشنایی محیط ۲۰۰ شمع بر متر مربع است و رنگ آن سفید یکنواخت است. عددی که از حسگر و پردازش تصویر به دست می‌آید، فرضاً ۱۰۰ است. در معمول‌ترین حالت یعنی استفاده از فضای رنگ RGB 8bit، از ۸ بیت داده برای مشخص کردن هر یک از سه رنگ اصلی استفاده می‌شود و این یعنی می‌توان روشنایی را با ۲ به توان ۸ حالت مشخص کرد. مثلاً عدد ۱۲۷ روشنایی ۵۰ درصدی است.

گامای اینکد در تبدیل سیگنال به عددی که در فایل‌های تصویری مثل jpeg یا ویدیویی مثل H.264 ذخیره می‌شود، کاربرد دارد. تبدیل سیگنال به عدد یا کد کردن مترادف اینکد (encode) است.

هنگام نمایش تصویر، عکس این حالت اتفاق می‌افتد. عدد به سیگنال تبدیل شده و ولتاژ خاصی به پیکسل‌های نمایشگر داده می‌شود و پیکسل‌ها از خود نور متساعد می‌کنند. اینجا جایی است که گامای دیکد استفاده می‌شود. تبدیل عدد به سیگنال همان دیکد (decode) یا از حالت کد شده خارج کردن است.

چرا از گامای ۱ استفاده نمی‌کنیم؟

چشم انسان و حساسیت متفاوت به نور کم و زیاد

چشم انسان عدد ۱۲۷ را در میانه‌ی راه نمی‌بیند! روشنایی کم را بهتر تفکیک می‌کند و روشنایی زیاد را کمتر. به همین علت است که عدد ۵۰ درصد روشنایی برای چشم انسان به مثابه‌ی بیش از ۵۰ درصد یا دقیق‌تر بگویم، حدود ۷۰ درصد است.

چشم انسان سطوح تیرگی را بهتر تفکیک می‌کند

اگر عدد ذخیره شده را با یک رابطه‌ی خطی ایجاد و استفاده کنیم، مشکلی در بازسازی و نمایش تصویر ایجاد نمی‌شود؛ اما در ویرایش با مشکل روبرو می‌شویم به این معنی که وقتی غلظت رنگ‌ها را بین ۰ تا ۲۵۵ تغییر می‌دهیم، به نظر می‌رسد که ناگهان روشنایی زیاد می‌شود و هر چه عدد بزرگ‌تر می‌شود، تغییر آن کمتر است.

استفاده از یک رابطه‌ی توانی به جای یک رابطه‌ی خطی مشکل حساسیت چشم انسان را حل می‌کند و اینجا جاییست که گامای ۲٫۲ در ویندوز و ۱٫۸ در مک بسیار مفید واقع می‌شود.

گامای دیکد و رابطه‌ی غیر خطی روشنایی در نمایشگرها

همان‌طور که اشاره کردم رابطه‌ی بین سطح ولتاژ و شدت نوری که نمایشگرهای قدیمی CRT تولید می‌کردند، رابطه‌ی خطی نبود بلکه رابطه‌ای توانی بود که مقدار توان را گاما می‌گویند.

رابطه‌ی خطی چیست؟
رابطه‌ی خطی بین ورودی و خروجی یعنی اگر ورودی دو برابر شود، خروجی هم دو برابر می‌شود.

 فرض کنید که اگر سطح سیگنال ۰٫۱ باشد، شدت نور پیکسل‌ها ۲۰ شمع بر متر مربع می‌شود. البته ۲۰ فقط یک مثال است. اگر سطح سیگنال ۲ برابر شود هم وضعیت روشن است، شدت نور ۴۰ شمع بر متر مربع می‌شود. این یعنی یک رابطه‌ی خطی بین سیگنال و شدت روشنایی.

این رابطه‌ی ریاضی را در ذهن داشته باشید تا بیشتر توضیح دهم:

گاما عددی در رابطه‌ی توانی روشنایی و ولتاژ است.

گاما عددی در رابطه‌ی توانی روشنایی و ولتاژ است.

حالت خطی یا گامای ۱

رابطه‌ی خطی یعنی همان گامای ۱، به عبارتی سطح سیگنال و روشنایی نمایشگر به صورت خطی مرتبط هستند.

این حالت مصداق واقعی ندارد، به این معنی که نمایشگرهای CRT قدیمی از آن تبعیت نمی‌کنند. ولتاژ دو برابر شود، روشنایی دو برابر نمی‌شود و این یعنی گاما ۱ نیست. چشم انسان هم این حالت را نمی‌پسندد که قبلاً علت را توضیح دادم.

گامای بهینه عدد ۲٫۲ است

حال به مقدار بهینه‌ی گاما می‌پردازم. استانداردی که حاصل آزمایشات گسترده است، گامای بهینه را ۲٫۲ عنوان کرده است. یعنی در عبارت ریاضی فوق اگر سطح سیگنال ورودی ۲ برابر شود، روشنی پیکسل ۲ به توان ۲٫۲ برابر می‌شود که حدوداً ۴٫۶ برابر است.

البته در مورد سیگنال ضعیف و روشنایی کم، گاما از این رابطه تبعیت نمی‌کند و موضوع کمی پیچیده‌تر است ولیکن برای سادگی میانگین گاما استفاده می‌شود. در فضای رنگ sRGB گامای سطوح ضعیف سیگنال، عدد ۱ است و شکل منحنی کاملاً توانی نیست:

منحنی گامای عادی (قرمز) و sRGB (آبی)

منحنی گامای عادی (قرمز) و sRGB (آبی)

بهتر است سیگنال را درصدی و روشنایی را هم درصدی بیان کنیم. اگر سیگنال ۵۰ درصد باشد، روشنایی ۲۱٫۷ درصد است.

در واقع در نمودار زیر، منحنی نقطه‌چین حالت گامای ۱ یا رابطه‌ی خطی است و منحنی پررنگ هم گامای ۲٫۲ را به تصویر می‌کشد. محور افقی فرضاً مقدار ولتاژ یا سطح سیگنال ورودی است و محور عمودی، درصد روشنایی است.

گامای اینکد (1/2.2) و گامای دیکد (2.2)، رابطه روشنایی و ولتاژ

گامای اینکد (۱/۲٫۲) و گامای دیکد (۲٫۲)، رابطه روشنایی و ولتاژ

نتیجه‌ی عملی نمودار فوق و مقایسه بین گامای ۱ و ۲٫۲ تصویر زیر است. در تصویر زیر ردیف بالایی پیکسل‌هایی با گامای ۱ را نشان می‌دهد و ردیف پایین گامای ۲٫۲ است. اعداد بالایی درصد سیگنال است و اعداد پایینی درصد روشنایی. بررسی کنید تا تحلیلی از آن داشته باشیم:

رابطه‌ی غیرخطی روشنایی و سیگنال

رابطه‌ی غیرخطی روشنایی و سیگنال

در تصویر فوق و در سمت چپ، دو رنگ داریم، رنگ بالایی متناسب با ولتاژ است و رنگ پایین روشنایی را نشان می‌دهد.

نتیجه این است که:

با ۵ درصد سیگنال اگر از گامای ۱ استفاده کنیم، نمایشگر CRT ناگهان پیکسل را به شدت روشن می‌کند. این حالت را با گامای ۲٫۲ مقایسه کنید. ۰٫۰۵ به توان ۲٫۲ می‌رسد که حاصل روشنایی ۱ درصدی است. بنابراین گامای ۱ مناسب نیست و گامای ۲٫۲ حالت بهینه است.

 کدام صفحه نمایش گامای بهتری دارد؟

پاسخ کاملاً روشن است. در مک گامای ۱٫۸ و در ویندوز گامای ۲٫۲ بهترین حالت و ایده‌آل است. اما نمایشگرها معمولاً با حالت ایده‌آل اندکی فاصله دارند. در بررسی‌ نمایشگرها، تلویزیون‌ها، گوشی‌ها و تبلت‌ها همیشه با نموداری شبیه نمودار زیر روبرو می‌شویم:

مقایسه‌ی دقت گامای چند نمایشگر شامل آیپد ایر و گلکسی نوت 10.1

مقایسه‌ی دقت گامای چند نمایشگر شامل آیپد ایر و گلکسی نوت ۱۰٫۱

در این نمودارها نمایشگری بهترین است که به گامای ۲٫۲ نزدیک‌تر باشد.

آیپد ایر نمایشگر LCD دارد و طبعاً در نمایشگر تصاویر روشن با مصرف انرژی کم استاد است و در مقابل گلکسی نوت ۱۰٫۱ را داریم که با وجود نمایشگر AMOLED در نمایش تصاویر تیره و کنتراست بالاتر استاد است. طبیعی است که بیشتر LCDها گامای کمتر (تصویر روشن‌تر) داشته باشند و بیشتر AMOLEDها گامای بالاتر (روشنایی کمتر) داشته باشند. البته همیشه اینگونه نیست.

گامای متوسط ملاک است نه نقطه‌ای

دقت کنید که نمایشگرهای مختلف در روشنایی بین صفر تا ۱۰۰ درصد، از یک گاما استفاده نمی‌کنند. مثلاً ممکن است در نور ۵۰ درصد، گامایی که محاسبه شده ۲٫۱ باشد و وقتی به روشنایی بالاتر مثل ۸۰ درصد می‌رسیم، گاما محاسبه شده به ۲٫۳ تغییر کند. در آزمایشات نمایشگر مقدار متوسط گاما ملاک بررسی و مقایسه است که با در نظر گرفتن گاما در روشنایی‌های مختلف به دست می‌آید.

یک مثال ساده جدول زیر است:

گامای ایده‌آل، روشنایی و گامای واقعی در نمایشگر

سطح سیگنال

روشنایی
شمع بر متر مربع

روشنایی ایده‌آل
با گامای ۲٫۲

گامای واقعی

یا محاسبه شده

۰%

۰٫۴

۰

۲٫۲

۱۰%

۲٫۰۲

۱٫۵۳

۲٫۰۸

۲۰%

۷٫۳۶

۷٫۰۲

۲٫۱۷

۳۰%

۱۷٫۳۵

۱۷٫۱۳

۲٫۱۹

۴۰%

۳۱٫۷۳

۳۲٫۲۵

۲٫۲۲

۵۰%

۵۲٫۰۶

۵۲٫۶۹

۲٫۲۲

۶۰%

۷۶٫۹

۷۷٫۳۸

۲٫۲۱

۷۰%

۱۰۸٫۹۹

۱۰۸٫۸۹

۲٫۲

۸۰%

۱۴۵٫۹۷

۱۴۶٫۳۳

۲٫۲۱

۹۰%

۱۹۰٫۳۷

۱۸۹٫۸۸

۲٫۱۸

۱۰۰%

۲۳۹٫۶۸

۲۳۹٫۶۸

۲٫۲

۱۰ درصد سیگنال با گامای ۲٫۲ به این معنی است که:

روشنایی نمایشگر با گامای 2.2 و 10 درصد سیگنال ورودی

روشنایی نمایشگر با گامای ۲٫۲ و ۱۰ درصد سیگنال ورودی

که همان عبارت ذکر شده در سطر دوم جدول فوق است. اما در عمل روشنایی بیشتر بوده یعنی گاما کمتر است. بنابراین لگاریتم درصد روشنایی را در پایه‌ی درصد سیگنال ورودی می‌گیریم تا گامای واقعی محاسبه شود:

گامای واقعی یا محاسبه شده با 10 درصد سیگنال ورودی

گامای واقعی یا محاسبه شده با ۱۰ درصد سیگنال ورودی

در نهایت یک منحنی مثل تصویر زیر حاصل می‌شود که قرابت خوبی با گامای ۲٫۲ دارد اما گاهی کمتر و گاهی بیشتر است.

منحنی گامای یک نمایشگر رده اول در روشنایی 0 تا 100 درصد

منحنی گامای یک نمایشگر رده اول در روشنایی ۰ تا ۱۰۰ درصد

گاما فقط رنگ‌های میانی را تغییر می‌دهد

نکته‌ی مهمی که یادآوری آن لازم است این است که گاما رنگ‌های میانی (بین ۰ و ۱۰۰ درصد) را تحت تأثیر قرار می‌دهد و می‌تواند روشنایی و کنتراست عکس را تنظیم کند. مثلاً در چهار تصویر زیر از گمای ۱ الی ۴ استفاده شده که تضاد بیشتر در گامای ۴ محسوس است، به عبارتی برخی نقاط شدیداً روشن و برخی شدیداً تیره هستند. اما در تصویر ۱ روشنایی تعدیل شده و کنتراست کمتر است:

4 تصویر با گامای 1 تا 4

4 تصویر با گامای ۱ تا ۴

حالت صحیح تصویر سوم است، به این معنی که تابع دیکد و اینکد در نهایت روشنایی واقعی محیط را روی نمایشگر تصویر می‌کنند، نه روشن‌تر و نه تیره‌تر.

گامای اینکد

با توجه به موضوعاتی که بررسی شد، گامای حالت اینکد یا معادل فارسی آن: گامای تبدیل به کد کردن هم می‌توان تعریف کرد. حالت عادی این است که کد رنگ را بدون تغییر به نمایشگر بدهیم و نمایشگر با استفاده از گامای ۲٫۲ آن را تبدیل به نور کند اما گاهی لازم است که در این میان، اعمال پس‌پردازشی صورت بگیرد.

 دقت کنید که در دیکد کردن رنگ توسط نمایشگر، توان به کار رفته همان ۲٫۲ است اما برعکس آن یعنی در دیکد، گاما ۱/۲٫۲ یا به عبارتی حدود ۰٫۴۵ است. در دیکد توان کمتر از ۱ است و در اینکد بیشتر از یک.

 مثلاً تصاویر زیر را ببینید:

گامای اینکد کمتر و تیرگی بیشتر

گامای اینکد کمتر و تیرگی بیشتر

شاید در یک نرم‌افزار ویرایش تصویر مثل فتوشاپ به این نتیجه برسیم که روشنایی کلی یک تصویر و یا حداقل بخشی از آن خوب نیست. در این صورت می‌توان از گامای متفاوتی استفاده کرد. البته استفاده کرد. مثلاً گاما ۱ در تصویر فوق کمی تیره است و گامای ۲٫۲ هم بیش از حد روشن به نظر می‌رسد. البته دقت کنید که منظور از گامای ۲٫۲ در تصویر فوق، معکوس آن یعنی ۰٫۴۵ است.

در بازی‌های کامپیوتری هم معمولاً گزینه‌ی تنظیم روشنایی در تنظیمات قرار داده شده چرا که سازنده‌ی بازی از حال و هوای نمایشگرها آگاه بوده و فرض کرده که شاید نمایشگر کاربر گامای استانداردی نداشته باشد. با تصحیح روشنایی که عملاً گامای اینکد است، مشکل روشنایی را حل می‌کند.

مروری بر گامای دیکد و اینکد به زبان ساده

تصویر زیر همه‌چیز را واضح بیان می‌کند. تصویر سمت راست همان حساسیت چشم انسان است. محور افقی روشنایی اندازه‌گیری شده است و محور عمودی روشنایی که انسان درک می‌کند. می‌بینید که در نور زیر، شیب نمودار و در حقیقت حساسیت انسان کمتر است:

گاما اینکد، گاما دیکد و حساسیت انسان به روشنایی‌های مختلف

گاما اینکد، گاما دیکد و حساسیت انسان به روشنایی‌های مختلف

تصویر وسط گامای دیکد است، یعنی محور افقی درصد سیگنال و محور عمودی روشنایی نمایشگر به صورت درصدی است. رابطه‌ی این دو توانی و با توان حدود ۲٫۲ است که به آن گامای ۲٫۲ می‌گوییم.

تصویر سمت چپ همان چیزی است که در فضای رنگ RGB و در فایل‌های تصویری و ویدیویی ذخیره می‌شود. محور افقی روشنایی محیط یا عکس است و محور عمودی عددی است که در این فایل‌ها ذخیره می‌شود. رابطه توانی است که توان عکس گاماست یعنی ۱/۲٫۲٫

حاصل اعمال گامای دیکد و اینکد چیزی مثل تصویر زیر است که نتیجه‌ی آن یکسان بودن روشنایی تصویر اصلی و نتیجه‌ی نهایی که روی نمایشگر می‌بینیم است:

ضرب کردن تابع گامای دیکد و اینکد برای رسیدن به حالت ایده‌آل

ضرب کردن تابع گامای دیکد و اینکد برای رسیدن به حالت ایده‌آل

3 votes, average: 5٫00 out of 53 votes, average: 5٫00 out of 53 votes, average: 5٫00 out of 53 votes, average: 5٫00 out of 53 votes, average: 5٫00 out of 5 (3 نظر، امتیاز: 5٫00 از 5)
برای نظر دادن ابتدا باید ثبت نام کنید.
Loading...
لينک کوتاه:

FacebookTwitterGoogle


بيشتر بخوانيد:

دیدگاه بگذارید

3 دیدگاه روشن "گاما، دقت گاما یا Gamma Accuracy در مانیتور، تلویزیون و نمایشگر چیست و چطور تنظیم می‌شود؟"

اطلاع از
almasm
مهمان

با سلام
با تشکر از مطلب بسیار بسیار عالی شما
اگر ممکن است منبع معتبری را ذکر نمایید تا برای مقاله استفاده نمایم
بسیار متشکرم

alireza1411
مهمان

منبع مقاله که مختلفه. از ویکیپدیا تا چند سایت تخصصی. اگه منظورتون نتیجه تست گامل هست هم آناندتک و تامزهاردور رو میتونید استفاده کنید.

wpDiscuz

تبلیغات

ویژه‌ها

تبلیغات

تبلیغات

×