Яркость, контраст и гамма-коррекция камеры на мониторе

 

Яркость, контраст и гамма-коррекция камеры на мониторе

В мониторах предусмотрены определённые настройки, которые могут быть изменены оператором для повышения чёткости и детализации выводимых на экран изображений. Для начала можно изменить яркость и контрастность изображения.

Настройка яркости увеличивает либо уменьшает средний уровень освещённости. Настройка контраста увеличивает либо уменьшает разницу в освещённости между максимально и минимально яркими участками изображения.

Регулировка яркости на мониторе

Самым простым методом настройки яркости и контраста является отображение тестовой таблицы, генерируемой электронным путём; желательно, чтобы в таблице присутствовала шкала градаций оттенков серого цвета (от чёр-
ного к белому).

Смысл регулировки сводится к тому, чтобы разница между всеми соседствующими градациями была очевидной и примерно одинаковой. Правильность установки яркости и контраста весьма важны для качественного отображения видеоинформации, и важность эта повышается, если в помещении установлен не один, а несколько просмотровых мониторов.

Некоторые из камер должны выводиться на разные мониторы одновременно, поэтому, если отображение на дисплеях не настроено, один и тот же камерный канал может выглядеть на разных мониторах по-разному.

Настройка яркости и контраста на мониторе

Гамма-коррекция




Следующим по важности параметром монитора является гамма-коррекция. Гамма-коррекция состоит в кодировании и декодировании видеосигнала с целью компенсации нелинейности видеотракта и согласования с особенностями нелинейности восприятия уровней яркости человеческим зрением. Это способствует максимально эффективному использованию средств отображения видеоинформации с точки зрения особенностей зрительного восприятия света.

Установка гамма-коррекции предусмотрена не во всех моделях мониторов, а там, где она имеется, настройка производится, как правило, через дополнительные опции меню.

Человеческое зрение, как и слух, не может быть описано линейными зависимостями: оно скорее является логарифмическим или экспоненциальным. Если при формировании видеосигнала не прибегать к гамма-коррекции, приращения освещённости будут трактоваться как линейные и человеческий глаз не сможет правильно разли-
чать градации яркости. Простая иллюстрация того, как это работает: представьте себе солнечный день с освещённостью, скажем, 50 тысяч люкс; падение яркости наполовину будет составлять 25 тысяч люкс.

Однако при слабой освещённости, скажем, в 50 лк, аналогичное уменьшение составит 25 лк. В абсолютном выражении величины эти весьма сильно различаются, однако и в том, и в другом случае глаз воспринимает результат снижения освещённости одинаково.

Гамма-коррекция изображения

Это и есть нелинейность человеческого зрения. Для её компенсации и служит гамма-коррекция. Поэтому, чтобы лучше различать детали в слабо освещённых частях отображаемой сцены, видеосигнал с камеры усиливается нелинейным образом, и кривая усиления соответствует степенной функции с показателем 2,2. Эта кривая является обратной той, что использовалась при обработке сигнала в трубочных камерах (экспонента с показателем 0,45) — а при помещении кривых на один и тот же график их форма напоминает греческую букву γ (гамма), откуда и происходит название этой коррекции Сенсоры современных полупроводниковых телекамер обладают линейной характеристикой чувствительности, однако на стороне монитора требуемое для адекватного отображения сцены соотношение яркостей имеет скорее нелинейный характер.

В процессе пересчёта сформированных камерой данных в стандартный RGB-видеосигнал производится пересчёт цветового пространства и ряд других преобразований. В числе таких преобразований — гамма-коррекция, которая также улучшает передачу деталей изображения в зонах с относительно невысокой освещённостью, тем самым повышая эффективность компрессии данных. Все стандартные цветовые пространства и форматы файлов используют нелинейное (с учётом гамма-коррекции) кодирование яркости основных цветов. Изображение, которое выводилось на трубочные мониторы, обычно не требовало гамма-коррекции, поскольку в стандартном аналоговом видеосигнале она учитывается таким образом, чтобы при выведении на ЭЛТ-дисплей изображение было достаточно комфортным для просмотра (хотя и не в точности таким, каким оно являлось до коррекции). Гамма-коррекция аналоговых видеосигналов определяется требованиями соответствующих стандартов видеокодирования (PAL либо NTSC) и является величиной фиксированной и известной.

применение гамма-коррекции

Легенда

Существует заблуждение, согласно которому гамма-коррекция была придумана, чтобы компенсировать характеристики ввода-вывода ЭЛТ-дисплеев. В трубочных мониторах интенсивность электронного пучка, а таким образом и яркость
свечения люминофора, нелинейно зависит от напряжения между катодом и модулятором электронной пушки. Искусственно внося нелинейность во входной сигнал с применением гамма-коррекции, мы можем убрать эту нелинейность таким образом, чтобы изображение на выходе имело требуемые изменения градаций яркости. Однако характеристики гамма-коррекции дисплея никак не влияют на гамма-коррекцию изображений при их формировании: коррекция применяется, чтобы обеспечить максимально высокое визуальное качество изображений вне всякой зависимости от того, на каком мониторе их предполагается отображать.

Физика процессов, происходящих в ЭЛТ-мониторе, предполагает в видеотракте (например, в телекамере) гамма-коррекцию, обратную показателю гаммы монитора, что и имеет место в современных камерах на ПЗС-сенсорах. В трубочных передающих камерах нелинейность преобразования «свет-сигнал» соответствовала показателю гаммы 0,45. Поэтому гамма-корректор в телевизионной камере не требовался; впрочем, это лишь удачное совпадение, которое несколько упростило конструктивные решения камер на самой заре вещательного телевидения. В современных компьютерах с ЖК-мониторами изображения подвергаются при кодировании гамма-коррекции с показателем 0,45, а при декодировании — обратной коррекции с показателем 2,2. Эти коэффициенты коррекции присутствуют на уровне операционной системы. Стоит заметить, что вплоть до момента выпуска компанией Apple операционной системы Mac OS X 10.6 в компьютерах Mac использовалась другая пара коэффициентов — 0,55 и 1,8.

Во всех цифровых изображениях и видеопотоках закодированы значения гамма-коррекции. Это прописано в различных стандартах. Двоичные данные в компрессированных файловых форматах (JPEG, JPEG-2000) являются кодированными. В них содержатся не линейные данные об интенсивности света, а значения, подвергнутые гаммакоррекции. Это касается и сжатых видеопотоков в таких форматах, как MPEG и H.264. Иногда в определённых приложениях либо в определённой комбинации аппаратных средств может потребоваться более точная установка показателя гамма коррекции. К примеру, это используется в издательских системах, где внешний вид изображений на дисплее должен быть максимально приближен к изображениям, выведенным на печать.

При необходимости операционная система в состоянии обеспечить такого рода установки. Как правило, при настройке используются аппаратные средства цветовой калибровки. Возможно, что в полиграфии процесс цветовой калибровки системы (реальный мир – камера – монитор – распечатка) является одним из самых важных. В фотографии и киноиндустрии ему отводятся первые роли, однако такого рода настройки мо гут производиться и в системах видеонаблюдения. Предмет этот весьма сложен, что вызвано прежде всего тем, что при формировании изображений и их печати используются разные цветовые пространства (RGB и CMYK). Не погружаясь в детали, отметим, что цветовая калибровка в принципе возможна. Важно отметить, что при неверных установках яркости, контраста и гамма-коррекции монитора даже самый качественный видеосигнал может предстать перед оператором в виде, непригодном для ведения наблюдения.

На видео: Познавательный рассказ о гамма-коррекции.




Рубрики:Технологии

Еще нет комментариев

Написать ответ

Сбросить