Entender la correcion de gamma

Vamos a retomar la línea de artículos técnico de EfectoHD, tratando de arrojar un poco de luz sobre un confuso concepto que seguro os sonará: la correción de gamma.

La correción de gamma es la responsable de la "sensación" de contraste de una imagen, y decimos sensación porque no es algo inherente a la imagen, si no a los dispositivos que la registran, a los dispositivos que la reproducen y a la luminosidad del entorno donde la estamos viendo.

Por esa razón una misma imagen se ve de manera muy distinta dependiendo del monitor o sistema que la esté reproduciendo, así como de la luminosidad del entorno. Una misma imagen puede aparecer blanquecina o "lavada" en un sistema, mientras que en otro puede aparecer contrastada y oscura, todo debido a la correción de gamma que se le aplique.

Aunque cada sistema lleva intrínseco su propia correción de gamma, es importante entender cómo funciona.

Para entender el concepto de gamma aplicado al proceso de imágenes, hay que entender primero los conceptos de "lineal", "logarítimico" y "rango dinámico".
Si bien la explicación de estos conceptos nos llevaría al menos un extenso artículo para cada uno, sí haremos aquí un pequeño acercamiento.

EL RANGO DINÁMICO DEL MUNDO REAL

El rango dinámico de una imagen sería la escala que hay entre la máxima luminosidad y el valor más oscuro. Si aplicamos esto al mundo real, el rango dinámico se situraría por ejemplo entre el valor de una superficie opaca, negra y que no refleje la luz y el valor máximo de luminosidad posible, que sería, por supuesto, el Sol.
Por tanto el rango dinámico de "la realidad", aunque el concepto suene un poco abstracto, es increíblemente amplio, casi inconmesurable.

Pero como esto no es nada útil a efectos prácticos, de ese inmenso rango dinámico, sólo tomaremos una pequeña fracción, la fracción de valores con los que el ojo humano trabaja.

EL RANGO DINÁMICO DEL OJO HUMANO

Aunque el rango dinámico del ojo humano es también muy amplio (al menos 4 veces más que el mejor negativo de cine) podríamos normalizar sus valores y hacer una escala de medidas entre una superficie negra que refleje solo un 1% de luz y por ejemplo una superficie blanca que refleje el 90% (más allá de ese valor estariamos hablando de un espejo). El 10% restante quedaría reservado para objetos que producen luz propia: velas, lámparas y finalmente el sol.

Es decir el ojo humano, se mueve entre ese 1%-90%, que es donde percibe casi todos los valores de contraste y detalle, por encima de se 90% y hasta llegar al 100% máximo de luminosidad dada por el sol, podemos hablar de "superblanco", el ojo humano no percibe detalles en ellos, sólo una luminosidad cegadora, que no es sólo un 10% mayor que la superficie blanca antes citada, si no 1000, 10000 o 20000 más brillante.

Por tanto se puede decir que el ojo humano tiene una respuesta NO LINEAL respecto a la luminosidad del mundo real: a medida que aumenta la luminosidad, la percepción de tal luminosidad por parte del ojo NO es proporcional. Matemáticamente esto tiene una forma de expresarse: una función logarítmica. He aquí entonces los 3 conceptos: RANGO DINÁMICO, LINEAL y LOGARÍTMICO.

LA RESPUESTA LOGARÍTMICA

Los negativos de cine y fotografía tienen también una respuesta logarítmica, similar a la del ojo humano: mientras más se expone a la luz la emulsión, más se oscurece, pero no de forma proporcional pues tiene un tope máximo que está determinado por la densidad del negativo.

Asímismo la respuesta de un monitor CRT es también logarítmica.
En concreto el rayo de electrones que golpea los fósforos, no tiene una relación lineal con el voltaje que se le aplica. Aumenta su intensidad de forma logarítmica, y de esta manera no lienal aumenta o disminuye el contraste y luminosidad de la imagen que reproduce.

Esa relación entre el voltaje aplicado y la respuesta lumínica, o la relación entre la emulsion química y su respuesta a la luz, debe de ser cuantificada, y si es necesario corregida, para poder determinar cuál será el "aspecto" de la imagen resultante.

GAMMA

Es aquí donde entra en juego el concepto de GAMMA.
La GAMMA es un valor numérico que aporta la valiosa información para saber cuánto se oscurecerá o brillará una imagen al ser reproducida por un dispositivo. Ese valor es intrínseco y afecta a todas las imágenes que reproduce y por tanto modificando su luminosidad.

Por eso es necesario introducir una CORRECIÓN DE GAMMA que evite la alteración de la visualización de la imagen y que equilibre dispositivos con distinta gamma.
Es algo esencial, por ejemplo si varias personas están trabajando sobre una misma imagen en equipos distintos.

Aquí la cosa se complica un poco más pues en realidad, tenemos que hablar de TRES GAMMAS distintas.

GAMMA del monitor: es el valor numérico que eleva el valor de los pixels de la imagen y transforma la luminosidad de la imagen. Es intrínseco al dispositivo debido al comportamiento de sus componentes. Es invariable y debe ser proporcionada por cada fabricante.

Corrección de GAMMA: es el valor numérico con el cuál se debe compensar la gamma de un dispositivo para mostrar la imagen original e inalterada.

GAMMA resultante: es el valor numérico que se obtiene de compensar la gamma del monitor con la correción de gamma. Se obtiene dividiendo la gamma del monitor/correción de gamma. Aunque en teoría para no alterar la imagen, su valor debería ser 1, se suele intentar que dé un valor de 1.1 o 1.2,así la imagen se percibe un poco más oscura y contrastada, lo cual se suele preferir.

Por otro lado es esencial el entorno de visualización de la imagen pues este altera también su percepción. Mientras más oscuro sea el entorno de visualización (salón en penumbra, sala de cine...) más elevada debe ser la gamma resultante para conseguir una correcta visualización.

Por eso para TV, que suele visualizarse en entornos iluminados o en penumbra, se suele buscar una gamma resultante de 1.1 o 1.2, mientras que en cine se ajusta todo el proceso para que resulte en 1.5 ya que el entorno es completamente oscuro.

Llevemos esto a la práctica.
Los monitores CRT tienen una gamma intrínseca de 2.5.
En sistemas PC la correción de gamma se ajusta al 2.2
Por tanto la gamma resultante sería: 2.5/2.2, lo que nos da una gamma de alrededor 1.1. Justo la necesaria para un entorno de visualización en penumbra

El negativo de cine tiene una gamma de 0.6 que se multiplica por gamma del proyector de revelado, que es 2.5. Así con 0.6x2.5, se obtine una gamma de 1.5. Justo la necesaria para una sala en oscuridad absoluta.

Por su parte los sistemas MAC suelen aplicar una correción de gamma de 1.8, que es más apropiada para imágenes impresas. Lo cual resulta en una gamma final de casi 1.4, por lo que la misma imagen se verá mucho más contrastada que en un PC.



Los TFT, plasmas, LCD, etc aunque tienen una tecnología muy distinta a los tubos CRT, intentan imitar su respuesta, por lo tanto la correción de gamma de 2.2 sería también adecuada para ellos.

Las TVs domésticas no aplican ninguna correción de gamma. Por esta razón esa correción se aplica directamente en la cámara al grabar . Es decir, toda imagen grabada con una cámara lleva la correción gamma correspondiente de 2.2.

Es por tanto importante controlar la correción de gamma en toda la cadena de dispositivos por los que pasa una imagen (cámara, monitores, sistemas de proyección...). Para ello existen las denominadas LUT (look up table o tabla de consulta) que se comparten entre dispositivos y simulan como se vería la imagen en cada sistema.

Es un concepto complejo y confuso pero de enorme importancia. Una gestión inadecuada de la corrección de gamma puede resultar en efectos no deseados, pero a la vez es un problema relativamente fácil de solventar, ajustando de nuevo la correción de gamma del sistema hasta que se asemeje a la gamma con que fue creada.

Bbliografía:
Digital compositing for Film and Video (Steve Wright)
Charles Poynton-Color technology