WIKI Cosa conta in un monitor? ~ GAMMA CORRECTION

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Iniziamo questa serie denominata: "Cosa conta in un monitor"
per provare a spiegare, in vari livelli di difficoltà, ciò in cui vi potreste imbattere quando discutete riguardo il campo dei monitor.
Partiamo dalla poco considerata, ma importantissima: la gamma correction (correzione della gamma).
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Premessa

Spiegazione pro
L'occhio umano è maggiormente sensibile a eventuali scostamenti di luminanza rispetto agli scostamenti di cromaticità.

Terra terra
Il tuo occhio nota maggiormente i cambiamenti di luminosità rispetto ai cambiamenti di colore.

Per questo motivo, i parametri che agiscono sulla luminanza (luminosità) del monitor sono assai importanti.​

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Cos'è la Gamma Correction​

Spiegazione pro
La gamma correction è un operatore non lineare la cui formula è data da S = C * R^γ; il simbolo γ (gamma) è il parametro che varia.
In Matlab ad esempio, potete realizzare l'operazione di gamma correction su un'immagine a livelli di grigio semplicemente tramite i seguenti comandi

img = im2double(imread("nome_Immagine_da_caricare.jpg"));
img_out = img .^ γ;

Dove γ sarà un valore qualsiasi positivo.
Nota: la stessa logica può essere applicata anche in altri linguaggi di programmazione - uno comunemente usato per l'image processing è Python.
Il variare del parametro γ determina un risultato differente, come potete vedere nella foto qui sotto:

Un valore di γ = 1 restituisce in output la medesima immagine con nessun cambiamento.
Un valore di γ > 1 restituisce in output un'immagine con ombre e neri molto più scuri; più il valore di gamma è alto più l'effetto è marcato.
Un valore di γ < 1 restituisce in output un'immagine con ombre e neri schiariti; più il valore di gamma è vicino allo 0 tanto più l'effetto è marcato.

Per spiegarvi meglio le curve dell'immagine, apriamo Adobe Lightroom nella sezione "curva di viraggio" - trovate cose simili su applicazioni per smartphone in Lightroom Mobile, Snapseed, ecc...

Aperta questa immagine su Lightroom, notiamo che la curva di viraggio è "dritta", proprio come quando la gamma ha un valore uguale a 1 (in questo caso, comunque, non è stato applicato nessuna gamma correction, né altre correzioni); memorizzate ora anche l'istogramma dell'immagine, presente nelllo screenshot in alto a destra, sopra la curva di viraggio.

Immaginiamo di voler simulare l'effetto di una gamma correction con γ = 0.5, modificando a mano la curva di viraggio.
Ci aspettiamo uno schiarimento delle ombre, con le luci e bianchi abbastanza invariati:

Così infatti si verifica: notiamo che le ombre e i neri sono stati schiariti nettamente, mentre le zone più luminose dell'immagine sono pressoché rimaste all'incirca dello stesso livello.
Ribadiamo che, ovviamente, non è stata applicato un operatore di gamma correction, ma ne abbiamo solo simulato l'effetto al fine di migliorare la comprensione.

Notiamo l'istogramma dell'immagine in alto a destra: nella parte sinistra dell'istogramma non è più presente alcun valore, e in generale abbiamo una compressione dell'istogramma; ciò è indice del fatto che il contrasto è diminuito.


Facciamo l'inverso, simulando un operatore di gamma correction con γ = 2:

Notiamo che rispetto all'immagine originale - già leggermente sottoesposta - otteniamo un immagine in output con neri e ombre molto più scuri. Le alte luci invece, come in precedenza, vengono modificate in quantità minore.
Osserviamo ancora l'istogramma dell'immagine in alto a destra: rispetto all'immagine di partenza, sembra molto più disteso; non abbiamo dunque una compressione, bensì un'estensione dell'istogramma.
Ciò ci indica che il contrasto dell'immagine è aumentato.
Ma non cantate vittoria: non è detto che se il contrasto aumenta, la percezione soggettiva dell'immagine sarà migliore; difatti il risultato resta comunque pessimo, non migliore né peggiore rispetto alla prova precedente.

Terra terra
La gamma correction modifica la luminosità dell'immagine, in particolare dove è molto scura, e lo fa maggiormente quando la pancia è più marcata.
Quando il suo valore è sopra a 1, la scurisce, mentre quando il valore è sotto 1 la schiarisce.

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La Gamma Correction nei monitor​

Spiegazione pro / Terra terra
Questo discorso vale per tutti: sostanzialmente ogni dispositivo (dispositivo di acquisizione tipo fotocamera / video camera, dispositivo che trasmette il segnale, dispositivo che visualizza il segnale, ecc...) ha un valore di gamma correction.
Storicamente è stato un po' un casino, ma quello che vi basta sapere è che il valore di default è 2.2 per i monitor.

Approfondimento pro

Spoiler

Tempo fa, Apple nei suoi Mac richiedeva una calibrazione con valore di gamma uguale a 1.8, ma da Mac OS X 10.6 il valore di default è diventato 2.2
Questo valore può comunque esservi familiare se mai avete calibrato un monitor: troviamo infatti una voce nella maggior parte dei software di calibrazione per settarne il valore

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Gli effetti sui Monitor​

Spiegazione pro
Riprendiamo un'immagine precedente, al fine di meglio comprendere i concetti

Come si vede, ad un valore di gamma corrisponde una precisa risposta della curva, la quale determina un preciso effetto sull'immagine.
Nella realtà, in un monitor è difficile che qusta curva sia perfettamente corrispondente a quella ideale: quando leggete una recensione, nella sezione relativa all'accuratezza cromatica del monitor, trovate informazioni riguardo una percentuale di deviazione della gamma; questa percentuale - più è bassa e meglio è - vi dà l'idea di quanto si discosti la curva ideale da quella reale del vostro monitor.

Un curva eccessivamente deviata comporta importanti modifiche dell'immagine visualizzata, e gli effetti potete capirli voi stessi giocando con la curva di viraggio di un qualsiasi programma di photo o video editing. In breve comuque, quando si vanno a schiarire le ombre si va innanzitutto a perdere la saturazione percepita dei colori; in secondo, il contrasto risulterà molto più scarso, avendo una differenza tra le luci e le (vecchie) ombre molto minore.

Al contrario, quando andate a scurire un'immagine con la curva di viraggio, la saturazione aumenterà notevolmente, e rischierete di perdere informazioni - ad esempio potreste non distinguere più certo oggetti nelle ombre, prima visibili - ovvero brucerete eventualmente le ombre e i neri.
Il contrasto, nonostante sia aumentato, risulterà alquanto innaturale, come già visto nelle prove di Lightroom.


Terra terra
Quelle pance che ci sono nell'immagine di sopra sono solo ideali, e il tuo monitor non ha una curva perfetta e ideale: solitamente è un pochino distorta di una certa percentuale %.
Più è distorta e più la fedeltà dell'immagine che vedrai sarà scarsa; in particolare, possiamo generalizzare due scenari simili:

1. Il contrasto ti sembrerà troppo basso e i colori sbiaditi (immagine troppo chiara = gamma inferiore tendenzialmente a 2.2)
   
   
2. Il contrasto ti sembrerà eccessivo e strano, i colori li percepirai fin troppo saturi (immagine troppo scura = gamma superiore tendenzialmente a 2.2)

Ovviamente l'argomento è ancora più variopinto e complicato, ma se hai capito fino a questo livello, hai già acquisito un ottimo livello di conoscenze e consapevolezza

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Conclusioni - Cosa ci portiamo a casa ​

• L'occhio umano è molto più sensibile agli scostamenti di luminanza (luminosità) rispetto agli scostamenti di cromaticità.
  
  
• La gamma correction è importantissima e comunemente sottovalutata: deve avere più rilievo del famoso delta E !
  
  
• La gamma correction può essere corretta solo tramite opportuna calibrazione con una sonda, ad esempio questo Datacolor o questo xRite