이미지 파일 감마 (Image File Gamma)와 디스플레이 감마 (Display Gamma)

이전에 포스팅한 감마 보정에서 언급된 이미지 감마 (Image Gamma)와 디스플레이 감마 (Display Gamma)에 대해 추가 설명을 하고자 합니다 (감마 보정 (Gamma Correction)의 이해).

이미지 파일 감마 (Image File Gamma)

정확한 이미지 감마 (Image Gamma)는 대개 파일내에 포함된 색상 프로파일에 의해 지정됩니다. 대부분의 이미지 파일은 1/2.2 인코딩 감마 (예 : sRGB 및 Adobe RGB 1998 색상 사용)를 사용하지만 큰 예외는 선형 감마 (Linear Gamma)를 사용하는 RAW 파일입니다. 그러나 RAW 이미지 뷰어는 일반적으로 너무 어둡게 표시하지 않도록 표준 인코딩 감마가 1/2.2라고 가정하여 이것들을 보여줍니다.

컬러 프로파일이 내장되어 있지 않으면 일반적으로 1/2.2의 표준 감마가 디폴트로 사용됩니다. 색상 프로파일이 포함되어 있지 않은 파일들은 PNG 및 GIF 파일들이 있는데, 추가로 일반적으로 "웹용으로 저장"설정을 사용하여 생성된 일부 JPEG 이미지도 색상 프로파일이 포함되어 있지 않습니다.

카메라 감마에 관한 기술 노트 : 대부분의 디지털 카메라는 빛을 선형적으로 기록하므로 감마값은 1.0으로 가정되지만 극한의 그림자와 밝은 부분 근처에서는 이것이 사실일 수 없습니다. 이 경우, 파일 감마는 인코딩 감마와 카메라 감마의 조합을 나타낼 수 있습니다. 그러나 카메라의 감마는 일반적으로 비교할 때 무시할 수 있습니다. 카메라 제조사는 또한 미묘한 색조 곡선을 적용할 수 있으며, 이는 파일의 감마에 영향을 줄 수 있습니다.

디스플레이 감마 (Display Gamma)

디스플레이 감마 (Display Gamma)는 모니터 보정을 수행하고 대비 설정을 조정할때 제어하는 감마입니다. 다행히도 업계는 표준 디스플레이 감마 2.2에 수렴했기 때문에 다른 값의 장단점에 대해 걱정할 필요가 없습니다. 구형 매킨토시 컴퓨터는 디스플레이 감마 1.8을 사용하여 다른 기기의 이미지를 일반적인 PC에 비해 밝게 표시했지만 더이상 그렇지 않습니다.

디스플레이 감마가 이미지 파일의 감마를 보상하고, 이 보상의 최종 결과가 시스템/전체 감마입니다. 표준 감마 인코딩 이미지 파일 (파란색)의 경우 디스플레이 감마 (붉은색)를 변경하면 이미지에 다음과 같은 전반적인 영향 (보라색)이 적용됩니다.

다이어그램은 디스플레이가 표준 감마 2.2로 보정되었다고 가정.

이미지 파일 감마 (파란색) + 디스플레이 감마 (붉은색)는 전체 시스템 감마 (보라색)와 같으며, 또한 감마 값이 높을수록 적색 곡선이 아래로 구부러지는 원인이 됨.

위의 차트를 볼때 먼저 색조 곡선이 이미지의 밝기와 대비에 미치는 영향을 이해하는 것이 좋습니다.

차트 해석 방법 : 이미지 감마 (파란색)가 디스플레이 감마 (붉은색)에 의해 보정되지 않기 때문에 첫번째 그림 (맨 왼쪽)이 실질적으로 밝아져 전체 시스템 감마 (보라색)가 위로 휘어진다. 두번째 그림에서는 디스플레이 감마가 이미지 파일 감마에 대해 완전히 수정되지 않아 전반적인 시스템 감마가 여전히 위쪽으로 약간 치우쳐 (따라서 이미지가 약간 밝게 유지됨) 있습니다. 세번째 그림에서 디스플레이 감마는 이미지 감마를 정확하게 교정하여 전체 선형 시스템 감마가 됩니다. 마지막으로, 네 번째 그림에서 디스플레이 감마는 이미지 감마를 과다 보정하여 전체 시스템 감마가 하향으로 커지게 되어 이미지가 어두워집니다.

전체 디스플레이 감마는 실제로 (i) 네이티브 모니터/LCD 감마 그리고 (ii) 디스플레이 자체 또는 비디오 카드에 적용된 모든 감마 보정으로 구성됩니다. 그러나, 각각의 효과는 디스플레이 장치의 유형에 따라 크게 좌우됩니다.

CRT 모니터 : 공학적인 이유로 CRT의 고유 감마는 2.5입니다. 이는 우리 눈에 대비해 거의 반비례입니다. 따라서 감마로 인코딩된 파일의 값을 화면에 곧바로 전송할 수 있으며 자동으로 수정되어 거의 OK로 표시됩니다. 그러나 전체 디스플레이 감마 2.2를 달성하려면 ~1/1.1의 작은 감마 보정을 적용해야 합니다. 이것은 일반적으로 제조업체의 기본 설정에 따라 이미 설정되어 있지만 모니터 보정중에도 설정할 수 있습니다.

LCD 모니터 : LCD 모니터는 그렇게 좋지 않은데, 전반적인 디스플레이 감마 2.2를 보장하려면 종종 상당한 수정이 필요하며 CRT보다 일관성이 떨어집니다. 따라서 LCD는 입력값이 의도된 디스플레이 감마 (다른 것들 중에서)를 사용하여 표시되도록 하기 위해 룩업 테이블 (LUT)이라고 하는 것을 필요로 합니다.

기술 정보 : 디스플레이 감마는 파일 감마를 보정하고 또 감마 보정과 자주 사용되기 때문에 다소 혼란스러울 수 있습니다. 그러나 각 값이 항상 같은 것은 아닙니다. 감마 보정은 때때로 적용되는 실제 감마가 아니라 보상하려고 하는 감마 인코더의 관점에서 지정됩니다. 예를 들어, "1.5 감마 보정"을 적용한 실제 감마는 1/1.5의 감마가 1.5 (1.5*1/1.5=1.0)의 감마를 취소하기 때문에 종종 1/1.5와 같습니다. 따라서 감마 보정 값이 높으면 이미지가 밝아질 수 있습니다 (높은 감마 보정의 반대).

이미지/디스플레이의 감마 보정 (Gamma Correction)의 이해

감마 (Gamma)는 사실상 모든 디지털 이미징 시스템 (Digital Imaging Sysyem)에서 중요합니다. 이것은 픽셀의 수치와 실제 휘도의 관계를 정의합니다. 감마가 없으면 디지털 카메라로 캡처한 음영이 표준 모니터에서 우리 눈처럼 보이지 않습니다. 감마 보정, 감마 인코딩 또는 감마 압축이라고도 하지만 이러한 모든 개념은 비슷한 개념을 나타냅니다. 감마 작동 방식을 이해하면 이미지 편집을 최대한 활용할 수 있을뿐 아니라 노출 기법을 향상시킬 수 있습니다.

감마가 유용한 이유

1. 우리의 눈은 카메라가 하는 것과는 다르게 빛을 인지합니다. 디지털 카메라의 경우, 광자수가 센서에서 2배가되면 신호 세기도 2배가 수신됩니다 (선형 관계). 그러나 우리의 눈은 그렇게 작동하지 않습니다. 대신, 우리는 밝기가 2배로 밝다고 생각합니다. 점점 더 높은 광도에 대해 점점 그러합니다 (비선형 관계).

비교의 정확도는 디스플레이 감마가 2.2로 설정된 잘 보정된 모니터가 있는지 여부에 달려 있습니다.

실제 지각은 시청 조건에 따라 다르며 근처의 다른 음조의 영향을 받을 수 있습니다.

별빛 아래와 같이 극도로 희미한 장면에서는 우리 눈은 카메라처럼 선형으로 보입니다.

카메라와 비교할때 우리는 밝은 톤의 비슷한 변화보다 어두운 톤의 변화에 훨씬 더 민감합니다. 이 특수성에 대한 생물학적인 이유가 있습니다. 그것은 사람의 눈은 더 넓은 범위의 휘도에서 작동합니다. 그렇지 않으면 우리가 야외에서 만나는 밝기의 범위는 너무나 넓습니다.

감마는 우리의 눈의 감도와 카메라의 감도 사이의 변환입니다. 디지털 이미지가 캡쳐되어 저장되면 밝기의 2배 값이 사람이 2배 밝다고 인식하는 것과 근접하게 "감마 인코딩 (Gamma Encoding)"되지는 않습니다.

▲ 기술 정보 : 감마는 Vout = Vingamma로 정의됩니다. 여기서 Vout은 출력 휘도값이고 Vin은 입력/실제 휘도값입니다. 이 공식을 사용하면 위의 파란색 선이 곡선을 그리게 됩니다. 감마가 1보다 작으면 선은 위로 향하며 반대로 감마가 1보다 작으면 선이 아래로 향합니다.

2. 감마로 인코딩된 이미지는 톤을 보다 효율적으로 저장합니다. 감마 인코딩은 우리의 눈이 인식하는 것과 가까운 색조 레벨을 재분배하기 때문에 주어진 색조 범위를 설명하는데 필요한 비트수가 줄어 듭니다. 그렇지 않으면 밝은 비트 (카메라의 민감도가 상대적으로 높은 부분)를 설명하기 위해 비트수를 초과되어 카메라가 상대적으로 덜 민감한 어두운 톤을 나타내는 비트수가 부족합니다.

참고 : 위의 감마 인코딩된 그라디언트 (Gradient)는 표준값 1 및 2.2를 사용

선형 인코딩 (Linear Encoding)이 밝은 톤을 묘사하기 위해 레벨수가 지나치게 많은데 비해 어두운 톤을 설명하기에는 불충분한 레벨수를 사용하는데 주목해야 합니다. 반면에 감마 코드 그라디언트 (Gamma Encoded Gradient)는 전체 범위에서 대략 균일하게 음영톤을 분배합니다 ("지각적으로 균일함"). 이것은 또한 후속 이미지 편집, 색상 및 히스토그램이 모두 자연적이고 지각적으로 균일한 톤을 기반으로 한다는 것을 보장합니다.

그러나 실제 이미지는 일반적으로 최소한 256 레벨 (8비트) 이상으로 인쇄물에 색조가 부드럽고 연속적으로 나타나기에 충분합니다. 선형 인코딩 (Linear Encoding)이 대신 사용되면 이미지 포스터리제이션 (Image Posterization)을 피하기 위해 8배의 많은 레벨 (11비트)이 필요할 것입니다.

감마 워크플로 : 인코딩 및 수정

이러한 모든 이점에도 불구하고 감마 인코딩은 이미지를 기록하고 표시하는 전체 프로세스에 복잡성이 추가됩니다. 다음 단계로 감마 인코딩된 이미지는 실제로 볼때 원래의 장면에서 다시 빛으로 변환되는 "감마 보정" (Gamma Correction)을 적용해야 합니다. 즉, 감마 인코딩의 목적은 이미지를 표시하는 것이지 이미지를 기록하는 것이 아닙니다. 다행히도 이 2번째 단계 ("디스플레이 감마")는 모니터 및 비디오 카드에 의해 자동으로 수행됩니다. 다음 다이어그램은 이러한 모든 요소가 어떻게 결합되어 있는지 보여줍니다.

1. sRGB 색상 공간 (약 1/2.2 감마를 사용하여 인코딩됨)에서 이미지를 묘사.

2. 2.2의 표준과 동일한 디스플레이 감마를 나타냄.

1. 이미지 감마 (Image Gamma) : 이것은 캡쳐된 이미지가 표준 JPEG 또는 TIFF 파일로 변환될 때마다 카메라 또는 RAW 개발 소프트웨어에 의해 적용됩니다. 기본 카메라의 색조 레벨을 지각적으로 균일하게 재분배하여 주어진 비트 심도를 가장 효율적으로 사용합니다.

2. 디스플레이 감마 (Display Gamma) : 이것은 비디오 카드와 디스플레이 장치의 순수한 영향을 의미하기 때문에 사실 여러가지 감마로 구성될 수 있습니다. 디스플레이 감마의 주목적은 감마 보정을 통해 화면에 표시될때 이미지가 비현실적으로 밝아지지 않도록 하는 것입니다. 디스플레이 감마가 높을수록 대비가 높은 이미지가 어두워집니다.

3. 시스템 감마 (System Gamma) : 이 값은 이미지에 적용된 모든 감마값의 순효과를 나타내며 "보기 감마 (Viewing Gamma)"라고도 합니다. 장면을 충실하게 재현하려면 이상적인 직선 (감마=1.0)에 가까워야 합니다. 직선은 입력 (원본 장면)이 출력 (화면이나 인쇄물에 표시되는 빛)과 동일 함을 보장합니다. 그러나 시스템 감마는 때때로 대비를 향상시키기 위해 1.0보다 약간 크게 설정됩니다. 이는 디스플레이 장치의 동적 범위 또는 비이상적인 시청 조건 및 이미지 플레어로 인한 한계를 보완하는데 도움이 될 수 있습니다.