Las funciones de transferencia o gamma cumplen un papel determinante en la visualización de imágenes de video. En este artículo se explora una descripción general de varias funciones de transferencia, su historia y propósito. Y en el siguiente, trataremos las empleadas para los requisitos del HDR10, HLG y Dolby Vision.
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Comprender la codificación gamma es un conocimiento esencial para cualquier persona que realice un trabajo profesional de color o masterización en cine y televisión, asi como para los entusiastas del ‘cine en casa’. Desgraciadamente, también puede ser uno de los temas más confusos, ya que nuestro sentido de la vista funciona de manera radicalmente diferente a la mayoría de los dispositivos electrónicos. Todo el esfuerzo de la codificación gamma y las funciones de transferencia se basa en entregar una imagen a nuestros ojos que está optimizada para la forma en que vemos el mundo en lugar de cómo lo ven las cámaras de video etc.
El primer paso para comprender la gamma es comprender el término luma o luminancia y cómo se relaciona con el mundo de las imágenes digitales. Cuando hablamos de la información de luminancia, hablamos de los valores de brillo de una escena. No tiene nada que ver con el color en esta ocasión.
Cuando hablamos de la gamma, estamos hablando de cómo mapeamos los valores de luminancia que se encuentran entre el blanco y el negro. Gamma define lo que hacemos con esos valores intermedios. Eso terminará teniendo un efecto en los colores también, pero los colores no son el objetivo principal aquí. En el mundo de la televisión y el cine, el perfil gamma tenía unos cambios según el lugar donde se entregaba. Por ejemplo, las pantallas de los ordenadores tienen un perfil de gamma diferente al de los televisores y los proyectores de cine digital también usan un perfil de gamma distinto. Por lo tanto, se vuelve de vital importancia saber dónde se verá su contenido, ya que afectará el perfil de gamma que debe dominar.
Resaltar estas diferencias en Internet con una pantalla pequeña que está rodeada de otros elementos brillantes es algo complicado de hacer, pero si se observa detenidamente, notaremos que a medida que nuestro perfil gamma sigue aumentando en número, nuestros tonos medios se vuelven más oscuros. En particular, presta atención al polvo en suspensión que se encuentra a ambos lados de la bailarina o a la parte interior de su pierna, que se va oscurece en su apariencia. También es importante tener en cuenta que los cambios en gamma no cambian el punto negro o el punto blanco de la imagen, solo cambian los valores de luminancia que se encuentran entre el blanco y el negro, los tonos intermedios.
Si bien estas diferencias pueden parecer extremadamente sutiles, son más visibles a medida que aumenta el tamaño de la imagen. En el momento en que una imagen ocupa una pared completa con decenas de metros cuadrados (como en una sala de cine), los cambios serán bastante significativos.
Entonces, ¿por qué tenemos diferentes perfiles gamma y de dónde vienen?
La razón principal por la que se necesita gamma hoy en día es porque los sensores electrónicos de las cámaras ven el mundo de una manera muy diferente a la que ven nuestros ojos. Es decir, los sensores electrónicos ven el mundo en luz lineal, mientras que los humanos priorizamos la información en las regiones oscuras y, por el contrario, tampoco requerimos tanta información en las áreas brillantes, donde apenas percibimos información. Sin embargo, al examinar la historia de la gamma, había otro propósito principal para la codificación gamma y era el CRT (tubo de rayos catódicos, obsoleto hoy en día).
Dado que el CRT era el único dispositivo de visualización adecuado que existía en los primeros días de la televisión, la forma en que mostraba y respondía a la luz creó la necesidad de la codificación gamma. Coincidentemente, el CRT responde a la luz de forma no lineal similar a nuestros ojos. Un CRT requería grandes cantidades de energía eléctrica para producir incluso una imagen oscura, pero luego, a medida que aumenta la salida de luz de la pantalla, los requisitos de energía no aumentan de forma lineal. En cambio, hacen lo que se puede ver en el gráfico siguiente:
Como se puede ver, se necesita una gran cantidad de entrada de energía para poder obtener hasta la mitad de la salida de luz máxima de CRT. Pero llegado ese punto, para mostrar el 50% restante de la salida de luz se requiería desproporcionadamente menos energía.
Entonces, ¿qué sucede cuando una imagen de una cámara se transfería a una pantalla CRT?
Como puedes imaginar, tenemos un problema. Debido a que la pantalla CRT no reproducía la luz de forma lineal, la imagen resultante es mucho más oscura que la escena original que se grabó en la cámara. Y ¿cómo arreglamos esto? Idealmente, queremos que esa línea sea recta para que la luz lineal que capturó la cámara se reproduzca y podamos ver la escena como era originalmente. La respuesta es la gamma inversa.
La gamma inversa es una forma de contrarrestar los efectos de esa respuesta CRT. Si bien no es necesariamente exactamente el inverso matemático, su objetivo general es corregir previamente lo que hará el perfil gamma. Eso significa que las imágenes se graban más iluminadas de lo que aparecían en la vida real, de modo que cuando la curva gamma se ejecutaba a través de ellas, se reducían a cómo esperamos verlas. Una función inversa matemática se calcula fácilmente dividiendo 1 por la curva gamma (2,2 en este caso). Es decir, la gamma inversa de 2,2 es 1/2,2 = 0,45, tal y como aparece en este gráfico:
Al igual que con las curvas gamma normales, un punto gamma inverso no cambia el punto blanco o negro, pero cambia todos nuestros valores de tonos medios. En el caso de una función inversa, está haciendo esto anticipándose al hecho de que se le aplicará una función gamma determinada.
Sin embargo, en realidad, muchas funciones inversas no son el inverso matemático exacto, a menudo se modifican un ligera o incluso moderamente. A veces, esto puede deberse a que un fabricante de cámaras puede querer alterar la forma en que se graba el rango dinámico de su sensor para optimizar su rendimiento, minimizar su ruido etc. Y esto es una de las grandes diferencias entre los fabricantes de cámaras de cinematografía como Sony, RED, Arri o Panasonic por ejemplo.
