ガンマについて

ガンマについて、疑問に思っていたことを調べてみました。

疑問に思っていたことは、

ガンマは、なぜ曲線なのか？
ガンマ補正で数字入力もしくはスライダでしか表示してないガンマ補正は曲線ではないのか？
カーブを直接いじることができるガンマ補正との違いは何か？
グラフを表示していて数字入力できるグラフの場合でも、反比例のグラフなどと違い曲線の変化が推測できにくい。

非常に便利でよく利用するのですが、ずっと疑問だったのはなぜ曲線なのか？
数字しか入力できないのならカーブの形はどのように決められているのか？


＜ガンマはなぜ曲線なのか？＞
この理由は、以下の参照元からの抜粋で推測できました。
基本的には、ガンマをいじるのは、中間調を変えることが目的です。

実はコンピュータのディスプレイの輝度は入力に対しリニアに増えません。

ガンマ値の違いにより、中間調が意図せず暗くなったり、明るくなったりしてトラブルになる事が多々ありました

なぜガンマカーブ補正が必要かというと、実はほとんどのディスプレイで出力特性がリニアになっていないからです。
つまり、黒 → 白 への明るくなり方が安定していない・バラつきがある、ということです。
（参照元：液晶ディスプレイとカラーマネージメント 編 ）

ようするに中間調を変化させることが目的で、最暗部～最明部の間はなだらかに変化しなければ不自然な画像になる。そのために曲線を使う必要がある。

ということだと思いました。

従って必然的に、数字入力しかできないガンマ補正画面でも、内部での計算はグラフを作るのと同じ計算式が使われている。ことがわかります。

このサイトには、赤みがかかったディスプレイ、コントラストが高すぎるディスプレイではどのようにガンマがゆがんでいるのかも説明しています。

これは、モニターで、ガンマカーブをそのように設定しているというよりも、ハード的な制限や限界から、入力信号を正確に出力できないということで、それを曲線にプロットすると「ガンマがゆがんでいる」と言う意味だと思います。

通常言われるモニターのガンマ補正はこのガンマ曲線を相殺して直線にするためです。
（それに関しても上記サイトで説明してある）

もちろん、最暗部､最明部も変更可能ですが、それをすると階調が失われるため、意図的でない限りは変更されません。
（参照：サイト　南の色白：『ディスプレイガンマの調整』）

グラフではなく、数値を入力してガンマ値を変更する場合は、グラフの最暗部、最明部は不変と思われる。これも同じ理由からだと思われる。



＜数字入力とグラフを直接いじるのはなにが違うのか？＞
参照：サイト　Komin's Photos on the Net　「レベル補正」　の　4、ガンマ補正
これはPhotoshopの「レベル補正」について書かれていますが、レベル補正のヒストグラムでガンマの補正をする手順が説明されています。

ガンマ補正とは一番暗い部分から一番明るい部分まで、どのようなカーブ（ガンマカーブ）で変化させるかを　補正する処理で、言うなれば明るさの中間の位置を変更させることになります。

方法としては、グレーのスライダーを左右に動かすことにより行います。
中間部を明るくするためにはスライダーを左に動かして入力レベルの中間の数値を１．００以上とし、暗くする場合は右側に動かして数値を１．００以下にします。（数値を直接入力することも可能です）
この数値をガンマ補正値と言います。
ガンマ補正により画像は明るくなりましたが、最も暗い部分と最も明るい部分は変化しません。


これを読むと、ガンマを数値で指定する場合は、このレベル補正のように、スライダの位置＝中間調の位置のことと捕らえることができる。

文章でみるとわかりにくいが実際にPhotoshopで行うと何が起きるかがわかりやすい。
以下のページでそれを見ることができる。
参照：サイト　秋田大学医学部のページ　「明るさの調整(γ補正)」
参照：サイト　画像処理ソリューション　「ルックアップテーブル」

中間調の位置を変えることにより、ヒストグラムが変化しているのが見て取れる。
簡単に言うとヒストグラム全体が横に広がったり、縮まったりする。
この秋田大学の例をよくみると、ただ単にレベル補正のヒストグラムを横に広げただけでなく、ガンマ曲線に従い、グラフの密の所と粗のところが段階的に分布していることがわかる。

ようするに「中間調の位置」（数値）によってガンマ曲線が作られる。
ガンマ曲線は複雑な数式に従って作られるらしいが以下のサイトにその簡単な説明がされている。
サイト：Osakana Factoryの「ガンマって何？」　の　6. ガンマ補正のしくみ

入力された数字を元に数式に従ったグラフが作られているといえる。
（実際にはグラフ表示は人間へのＧＵＩであり、計算処理だけが行われていればよい）
基本的には、明度を変更することを主体としていると言える。

グラフで点を追加してガンマ曲線を変更する場合は、もっと複雑で、非規則的な変化をもたらす。
これはただ単に明るくしたり暗くするのではなく、不自然な、非現実的な効果を生み出す。
（この場合は、ガンマ値が二つ以上になることもあり、公式も多少変わってくると思われる）




＜ガンマ曲線は反比例のグラフのように一定した変化をみせるわけではない＞
あたりまえだが、計算式が異なるので、中間点から左右が同じような変化をするわけではない。
なので、グラフだけを見ていると値を0.5、１、1.5、2と変化させても、そのグラフ形状を推測することは難しい。



そのほか
参考：ＬＵＴ（Look Up Table)
 カーブ形状により、どのような部分が強調されるのかを説明した図


－－－－－－－－－－－－－
おまけ
モニタのガンマ補正方法