감마 보정: 컴퓨터 비전의 시각적 선명도 향상: 감마 보정 기술

By Fouad Sabry

감마 보정이란 무엇인가요?

감마라고도 알려진 감마 보정은 휘도를 인코딩 및 디코딩할 목적으로 비디오 또는 정지 이미지 시스템에서 사용되는 비선형 프로세스입니다. 또는 삼자극 값. 감마 보정을 정의하는 가장 간단한 방법 중 하나는 아래에 제시된 거듭제곱 법칙을 사용하는 것입니다.

혜택을 받는 방법

(I) 다음 주제에 대한 통찰 및 검증:

1장: 감마 보정

2장: 등록, 녹색, 파란색 색상 모델

3장: 회색조

4장: 표준 레지스터, 녹색, 파란색

5장: 어도비 벽돌 등록, 녹색, 파란색 색 공간

6장: 톤 매핑

7장: 인식 709

8장: 추천서. 2020

9장: 표준 동적 범위 비디오

10장: 하이브리드 로그 감마

(II) 감마 보정에 관한 대중의 주요 질문에 답합니다.

(III) 다양한 분야에서 감마 보정 사용에 대한 실제 사례.

이 책의 대상

전문가 , 학부 및 대학원생, 열성팬, 취미생활자 및 모든 종류의 감마 보정에 대한 기본 지식이나 정보를 넘어서고 싶은 사람들.

• Language: 한국어
• Publisher: 10 억 지식이 걸립니다 [Korean]
• Release date: Apr 28, 2024

Book preview

1장: 감마 보정

감마 또는 감마 보정은 비디오 및 스틸 이미지 시스템에서 휘도 또는 삼자극 값을 인코딩 및 디코딩하는 데 사용되는 비선형 프로세스입니다. 가장 간단한 형태로, 감마 보정은 멱법칙 표현식으로 정의됩니다.

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

여기서 음수가 아닌 실제 입력 값을 V_{{\text{in}}} 거듭제곱 \gamma 하고 상수 A를 곱 하여 출력 값을 얻습니다 V_{{\text{out}}} .

A = 1,의 가장 빈번한 값의 경우, 일반적으로 입력 값과 출력 값은 0-1 범위에 있습니다.

감마 값은 \gamma <1 때때로 인코딩 감마라고 불리 며, 인코딩에서 이러한 압축 멱법칙 비선형성을 사용하는 것을 감마 압축이라고 하며, 반대로 감마 값을 \gamma >1 디코딩 감마라고 하며, 또한 비선형 멱법칙 확장의 사용을 감마 확장이라고 합니다.

인간이 빛과 색을 인식하는 비선형 방식을 사용하는 이미지의 감마 인코딩은 이미지를 인코딩할 때 비트 소비를 최적화하거나 이미지를 전송하는 데 사용되는 대역폭을 최적화하는 데 사용됩니다. 그렇기 때문에 축소된 버전에서 원본 이미지를 가장 잘 보여주는 방법을 결정하는 데 많은 창의적인 에너지가 필요합니다. 콘트라스트 선택이라고도 하는 감마 보정은 최종 결과물을 미세 조정하기 위한 사진작가의 툴킷에 있는 도구입니다.

전자 센서는 디지털 카메라에서 빛을 기록하는 데 사용되며 일반적으로 선형으로 반응합니다. 색 공간 변환 및 렌더링 변환은 선형 원시 데이터를 표준 RGB 데이터로 변환하는 과정(예: JPEG 이미지 형식으로 저장)에서 수행됩니다. 특히, 사진 복제에서 원색의 강도는 거의 모든 표준 RGB 색 공간 및 파일 형식에서 비선형적으로(감마 압축을 통해) 인코딩됩니다. 또한, 톤 재생 비선형성은 계획된 재생과 측정된 장면 강도 사이에 존재합니다.

감마 이론은 모든 종류의 비선형 연결을 분석하는 데 사용할 수 있습니다.

멱법칙 관계의 경우 {\displaystyle V_{\text{out}}=V_{\text{in}}^{\gamma }} 로그 스케일에서 곡선은 일정한 감마 등기울기를 갖는 직선으로 보입니다.

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

로그 좌표축에 입력-출력 그래프를 플로팅하는 경우 그래프의 기울기는 감마에 대응됩니다. 이 기울기는 멱법칙 곡선에 대해 일정하지만 감마(더 정확하게는 점 감마)를 주어진 점에서 곡선의 기울기로 정의하여 개념을 모든 곡선으로 일반화할 수 있습니다.

가로축의 로그 노출과 세로축의 밀도(또는 투과율의 음의 로그)가 있는 그래프는 사진 필름을 빛에 노출시킨 결과를 나타냅니다. 이 곡선은 특정 필름 구성 및 처리 기술을 정의하거나 특징입니다. Hurter-Driffield 변환으로 정의되는 곡선입니다.

CRT(음극선관)를 사용하는 텔레비전 수신기 및 디스플레이는 일반적으로 출력 시 추가 감마 보정이 필요하지 않습니다. 전송되거나 저장된 비디오 신호의 감마 압축은 CRT의 감마 확장과 일치하도록 설계되었습니다(정확한 역은 아니지만). TV 신호에 사용되는 감마 값은 아날로그 비디오 사양에 의해 정의됩니다. CCIR NTSC 색상 시스템(M 및 N)은 감마 2.2를 사용하는 반면 PAL 및 SECAM 색상 시스템(B/G/H/I/D/K/K1 및 L)은 감마 2.8을 사용합니다.

이미지는 종종 약 0.45의 감마로 인코딩되고 컴퓨터 디스플레이 시스템에서 2.2의 역수 감마로 디코딩됩니다. 매킨토시 컴퓨터는 예외였다. 2009 년 9 월 Mac OS X 10.6 (Snow Leopard)이 출시되기 전에는 감마 0.55로 인코딩하고 감마 1.8로 디코딩했습니다. 어쨌든 스틸 이미지 파일(예: JPEG)과 비디오 파일(예: MOV)의 이진 데이터는 모두 명시적으로 인코딩됩니다(즉, 선형 강도가 아닌 감마 인코딩 값을 전달함)(예: MPEG). 출력 장치의 감마와 더 잘 일치하려는 경우 시스템은 색상 관리를 통해 두 상황을 추가로 제어할 수 있습니다.

대다수의 카메라, PC, 프린터 및 복사기에서 채택한 표준 sRGB 색 공간은 위에서 설명한 것과 동일한 멱법칙 비선형성을 따르지 않는 반면, 오른쪽 그래프에 따르면 디코딩 감마 값은 약 2.2에서 매우 일정합니다.

선형 강도가 0.00313보다 작거나 압축된 값이 0.04045보다 작으면 해당 선은 직선(강도에 비례하는 인코딩된 값)이므로 γ = 1입니다.

빨간색 곡선 뒤의 검은색 점선 곡선은 비교를 위한 표준 γ = 2.2 의 멱함수 곡선입니다.

예를 들어, 감마 보정 소프트웨어를 사용하여 감마 = 1.8 Apple 이미지를 감마 = 2.2 PC 모니터에 적절하게 표시할 수 있습니다. 모니터 차이를 고려하기 위해 각 색상 채널의 감마를 조정하는 것은 또 다른 응용 프로그램입니다.

디스플레이 시스템의 지수를 알고 있는 경우 이미지의 의도된 감마(인코딩된 이미지 샘플과 광 출력 간의 변경 사항)를 지정하는 메타데이터 덕분에 자동 감마 보정이 가능합니다. 이를 위해 gAMA 청크가 PNG 사양에 포함되지만 JPEG 및 TIFF와 같은 다른 형식에서는 Exif 감마 태그가 사용됩니다.

이러한 특성은 특히 인터넷에서 문제를 일으킨 역사가 있습니다. PNG는 8비트 정수를 그대로 표시에 해당하는 감마 설정이 없으므로 JPG, GIF, HTML 또는 CSS 색상과 일치하지 않습니다.

텔레비전 시스템의 경우 감마 특성은 인코딩된 루마와 실제 원하는 이미지 밝기 간의 연결에 대한 멱법칙 근사치입니다.

이 비선형 상관 관계를 통해 인코딩된 휘도의 불연속적인 증가 또는 감소는 일반적으로 지각적으로 동등한 밝기의 증가 또는 감소에 매핑됩니다. Ebner와 Fairchild가 중성선에 대한 선형 강도를 가벼움(루마)으로 변환하는 데 사용한 지수의 역수는 회색의 거의 최적의 지각 인코딩을 제공하는 것으로 밝혀졌으며 이 숫자는 약 2.33(일반적인 디스플레이 하위 시스템에 대해 인용된 2.2 수치에 매우 가깝습니다).

다음 예제에서는 선형적으로 증가하는 강도 스케일과 선형적으로 증가하는 인코딩된 광도 신호(선형 감마 압축 루마 입력)(선형 광도 출력)의 차이점을 보여 줍니다.

선형 강도 스케일은 대부분의 화면(감마가 약 2.2인 화면)에서 강도 값 0.0과 0.1 사이에서 인지된 밝기가 크게 도약하는 반면, 스케일의 더 높은 끝의 단계는 거의 보이지 않습니다. 인지된 밝기의 단계는 감마로 인코딩된 스케일에서 훨씬 더 균일하게 나타나며, 이는 비선형 방식으로 강도가 증가합니다.