Problémy jako mimořádně slabé zobrazení stínů, přepálená světla nebo příliš tmavé zobrazení fotografií upravených na strojích značky Apple v prostředí Windows jsou často způsobeny charakteristikou parametru gamma. V této části si vysvětlíme, jak velký význam má gamma pro podání barev na monitorech LCD. Pochopení nastavení gamma je užitečné jak pro správu barev, tak při výběru vhodného produktu. Tento článek doporučujeme zejména uživatelům, kterým záleží na vysoké kvalitě obrazu.

Níže uvedený text vychází z překladu článku „Is the Beauty of a Curve Decisive for Color Reproduction? Learning About LCD Monitor Gamma“ (Je krása křivky rozhodující pro reprodukci barev? Vysvětlení parametru gamma u LCD monitorů) z japonštiny, který byl publikován 13. července 2009. Copyright 2011 ITmedia Inc. Všechna práva vyhrazena.


Co je tedy u monitoru hodnota gamma?

Pojem gamma má původ ve třetím písmeně řecké abecedy, které se velkými písmeny značí jako Γ a malými jako znak γ. Výraz gamma se často vyskytuje v běžném životě v pojmech jako gamma paprsky, vícenásobná hvězda Gamma Velorum nebo gamma-GTP. V oboru počítačového zpracování obrazu se tento pojem obecně vztahuje k jasu středních tónů (šedé).

Pojďme si pojem gamma vysvětlit o něco podrobněji. Při práci s barvami na počítači používáme jako hardware monitory, tiskárny a skenery. Jakmile tato zařízení připojíme k počítači, předáváme jim informace o barvách, dostáváme od nich takové informace a dochází i k výměně těchto informací mezi nimi. Zároveň ovšem platí, že každý přístroj při práci s barvami projeví vlastní charakteristiku (nebo tendenci), a informace o barvách tak nelze vyslat dále přesně tak, jak byly zadány na vstupu. Gamma charakteristika pak vyjadřuje tento rozdíl mezi zpracováním barev na vstupu do zařízení a na jeho výstupu.

Barva se při zobrazení na monitoru počítače tvoří ze tří základních barev, kterými jsou červená (R jako „red“), zelená (G jako „green“) a modrá (B jako „blue“). Každá z těchto RGB barev se zobrazuje pomocí 8bitových dat (28 = 256 tónů). Z kombinace odstínů všech tří základních barev vyplývá barevná hloubka čítající 2563 = asi 16,77 milionu barev (označovaných také jako „full color“): 256 barevných tónů R × 256 barevných tónů G × 256 barevných tónů B.

I když některé monitory umožňují 10bitové zpracování barev RGB (210 = 1024 tónů) neboli 10243 (přibližně 1 064 330 000 barev), podpora operačních systémů a aplikací pro takové monitory pokulhává. V současné době je standardem pro zobrazení barev na počítačových monitorech 16,77 milionu barev s 8bitovou hloubkou.

Při výměně barevných informací mezi počítačem a monitorem je ideálním případem vztah, kdy by se osmibitová informace o barvě složené z prvků RGB na vstupu z PC do monitoru adekvátně zobrazila na výstupu - tj. se vztahem 1:1 mezi vstupem a výstupem. Avšak vzhledem k tomu, že počítače a monitory mají odlišné gamma charakteristiky, nepřenáší se informace o barvě v poměru 1:1 mezi vstupem a výstupem.

Jak se barvy nakonec zobrazí, závisí na hodnotách gamma (γ). Ty jsou číselným vyjádřením gamma charakteristiky každého zařízení. Jestliže informace o barvě na vstupu je x a na výstupu y, lze vztah pro aplikaci hodnoty gamma vyjádřit jako rovnici y = xγ.

Gamma charakteristika se vyjadřuje rovnicí y = xγ. Při ideální hodnotě gamma 1,0 platí, že y = x. Nicméně vzhledem k tomu, že každý monitor má vlastní gamma charakteristiku (hodnoty gamma), y se zpravidla x nerovná. Na grafu výše je znázorněna křivka upravená pro standardní hodnotu gamma 2,2 v systému Windows. Standardní hodnota gamma pro Mac OS je 1,8.

Oops, an error occurred! Code: 20190525002316d0e3fea7

Zpravidla je gamma monitoru takové povahy, že střední tóny se jeví jako tmavé. Pro účely přesné výměny barevných informací je snaha předat na vstupu datové signály, v nichž jsou střední tóny již projasněny tak, aby se poměr mezi vstupem a výstupem blížil k 1:1. Tento způsob vyrovnání barevné informace tak, aby odpovídala gamma charakteristice daného zařízení, se nazývá korekce gamma.

Jednoduchý systém korekce gamma. Jestliže započítáme gamma charakteristiku monitoru a vložíme informace o barvě s odpovídající úpravou hodnot gamma (tj. informace o barvě s příslušným projasněním středních tónů), bude se podání barev blížit ideálu y = x. Jelikož korekce gamma se normálně provádí automaticky, dosáhne uživatel zpravidla korektního podání barev na monitoru počítače bez nutnosti nějak zasáhnout. Přesnost korekce gamma se však liší dle výrobce i zařízení (podrobněji viz níže).

Oops, an error occurred! Code: 20190525002316e4659957

Vztah gamma mezi operačním systémem a LCD monitorem

Běží-li na počítači operační systém Windows, můžeme se ve většině případů přiblížit ideálním barvám použitím monitoru s hodnotou gamma 2,2. Důvodem je, že systém Windows předpokládá monitor o hodnotě gamma 2,2, která je pro něj nastavena jako standardní. Většina LCD monitorů vychází z hodnoty gamma 2,2.

Standardní hodnota gamma monitorů pro Mas OS je 1,8. Platí zde stejný princip jako u Windows. Podání barev blížícího se ideálu dosáhneme připojením počítače Mac k monitoru nastavenému na hodnotu gamma 1,8.

Oops, an error occurred! Code: 20190525002316dee05b92

Příklad zobrazení téhož obrázku s hodnotou gamma 2,2 (fotografie vlevo) a 1,8 (fotografie vpravo). Při hodnotě gamma 1,8 se obraz celkově jeví jako jasnější. Pro srovnání byl použit širokoúhlý 20palcový monitor EIZO FlexScan EV2023W (stránky ITmedia).

LCD monitory značky EIZO umožňují snadné nastavení hodnoty gamma v menu OSD. Vedle původně nastavené hodnoty gamma 2,2 můžete provést také jiná nastavení - včetně standardní hodnoty 1,8 pro Mac OS.

Oops, an error occurred! Code: 20190525002316e98b5570

Standardní hodnoty gamma u Windows a Mac OS se liší ze strukturálních a historických důvodů. Systém Windows přijal hodnotu gamma odpovídající televizi (2,2), zatímco Mac OS se odrazil od průmyslových tiskáren (1,8). Mac OS má historicky dlouhou spojitost s aplikacemi pro průmyslový tisk a desktop publishing, pro něž je hodnota gamma 1,8 i dnes základem. Hodnota gamma 2,2 je na druhé straně standardem pro barevný gamut sRGB (standard pro Internet a digitální obsah obecně), i pro gamut Adobe RGB (široce používaný pro tisk v širokém barevném spektru).

Vzhledem k stále širšímu využití barevných gamutů, jako jsou sRGB a Adobe RGB, musela společnost Apple Computer v září 2009 s uvedením Mac OS X 10.6 Snow Leopard přejít ze standardní hodnoty gamma 1,8 na hodnotu 2,2.


Interní korekce gamma pro lepší tóny na monitoru LCD

Jak už bylo zmíněno, standardní je v prostředí Windows hodnota gamma 2,2. Řadu LCD monitorů lze na tuto hodnotu nastavit. Vzhledem k individuálním charakteristikám LCD monitorů (nebo LCD modulů, které jsou v nich instalovány), však nelze vyznačit hladkou křivku gamma pro hodnotu 2,2.

LCD moduly tradičně používaly gamma křivky ve tvaru písmene S s občasnými vrcholy i propady a křivkami, které se odchylují od barev RGB. Tento jev je zvláště výrazný u tmavých a světlých barevných tónů, které často vypadají jako barevné skoky, barevné odchylky nebo barevné vady.

Funkce interní korekce gamma, kterou obsahují LCD monitory zaměřené na kvalitu obrazu, umožňuje tyto nepravidelnosti v křivce gamma korigovat tak, aby se přiblížila ideálnímu průběhu y = xγ. Technické údaje o zařízeních obsahují jednu zvlášť užitečnou hodnotu, z níž můžeme zjistit, zda je monitor vybaven funkcí interní korekce gamma: monitor lze považovat za kompatibilní s funkcí interní korekce gamma, dosahuje-li maximální počet barev přibližně 1 064 330 000 nebo 68 miliard, případně pokud specifikace uvádí 10bitovou nebo 12bitovou vyhledávací tabulku LUT (Look-Up Table).

Funkce interní korekce gamma nastavuje vícenásobnou gradaci barev a přeskupuje jejich pořadí. Barevná informace se do LCD monitoru přenáší v 8bitové formě na každou barvu RGB. Uvnitř LCD monitoru se provede vícenásobná gradace pro převod této hodnoty na 10bitovou (cca 1 064 330 000 barev) nebo 12bitovou (cca 68 miliard barev). Pomocí vyhledávací tabulky LUT se vybere optimální barva vyjádřená v 8 bitech na barvu RGB (cca 16,77 milionu barev) a zobrazí na obrazovce. Tím se napraví nepravidelný průběh křivky gamma a odchylky v každé barvě RGB a výstup na monitoru se přiblíží ideálu y = xγ.

Pojďme si o něco více přiblížit vyhledávací tabulku. LUT je tabulka s výsledky určitých kalkulací, provedených v předstihu. Výsledky některých výpočtů lze získat jednoduše dotazem na LUT bez toho, že by bylo nutné výpočet znovu provést. To zrychluje zpracování a snižuje zátěž systému. Vyhledávací tabulka v LCD monitoru určuje optimální barvu RGB v 8bitovém vyjádření pro vícenásobně gradovaná barevná data v podobě vyjádřené 10 či více bity.

Oops, an error occurred! Code: 201905250023168997312b
Oops, an error occurred! Code: 2019052500231632750bdf

Přehled funkce interní korekce gamma. Vstupní 8bitové barevné informace RGB z počítače jsou převedeny vícenásobnou gradací na 10 či více bitů. Výsledek je poté pomocí vyhledávací tabulky LUT přiřazen k optimální 8bitové hodnotě barevného tónu RGB. Po interní korekci gamma se výsledky blíží ideálnímu průběhu křivky gamma a vykazují zásadní zlepšení zobrazení přechodů na obrazovce i podání barev.

LCD monitory značky EIZO aktivně využívají funkci interní korekce gamma. U modelů vyvinutých s ohledem na vysoce kvalitní obraz a u některých modelů řady ColorEdge pro správu barev se provede vícenásobná gradace 8bitového vstupního RGB signálu z počítače s přepočtem na 14 nebo 16 bitů. Hlavním důvodem pro přepočty na více bitů, než zahrnuje vyhledávací tabulka, je snaha dále zlepšit gradaci barev, zejména kvůli reprodukci tmavších odstínů. Uživatelé, kteří hledají špičkové podání barev, by tedy pravděpodobně měli zvolit některý z těchto modelů.


LCD monitory a hodnota gamma

Na závěr jsme připravili vzorové obrázky, na nichž můžete snadno porovnat hodnoty gamma na LCD monitoru. Podívejte se přímo na svůj LCD monitor na mírně delší vzdálenost a s očima napůl přivřenýma si prohlédněte následující obrázek. Porovnejte čtvercové obrazce a pruhy kolem nich. Najděte obrazec se stejným odstínem šedé (jasem). Obrazec, v němž se čtvercový rámeček a pruhovaný vzor jeví jasem jako nejbližší, přibližně odpovídá nastavení gamma na vašem monitoru.

Oops, an error occurred! Code: 20190525002316bf39a400

Vyjdeme-li z hodnoty gamma 2,2, tmavé zobrazení čtvercového rámečku znamená, že hodnota gamma na LCD monitoru je nízko. Jestliže je čtvercový rámeček jasný, je hodnota gamma vysoká. Hodnotu gamma můžete upravit nastavením jasu na monitoru LCD nebo úpravou jasu v ovladači grafické karty.

Změna nastavení gamma je samozřejmě ještě jednodušší, jestliže si vyberete monitor, který toto nastavení umožňuje - jako tomu je u LCD monitorů značky EIZO. Pro ještě lepší reprodukci barev můžete hodnotu gamma a podání barev na svém monitoru nastavit pomocí kalibrace.