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Gamma, Tonwertkurve und Helligkeitsverteilung erklärt

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Farbmanagement Grundlagen Teil 3: Gamma und Helligkeitsverteilung

Im heutigen Blogbeitrag stellen wir euch den Begriff Gamma und die „Tonwertkurve“ vor. Beide sind unverzichtbarer Bestandteil von Farbräumen und werden auch als Gamma-Wert oder Gammakorrektur bezeichnet. Doch unabhängig vom Namen beschreibt der Wert die Verteilung der Helligkeit zwischen Schwarz und Weiß. Bei einer Kamera ist diese Verteilung einfach zu beschreiben. Wenn die doppelte Menge an Licht auf den Sensor fällt, wird das Bild auch doppelt so hell. Beim menschlichen Auge, das in dunklen Bereichen empfindlicher ist, als in hellen, ist dies nicht so einfach. Eine Verdopplung der Lichtteilchen im dunklen Bereich, wird mehr als doppelt so hell wahrgenommen – in hellen Bereichen steigt die Wahrnehmung nicht so stark an. Dieses Verhalten soll auch bei der Bildbearbeitung und im Farbmanagement wiedergespiegelt werden. Hierfür gibt es die sogenannte Tonwertkurve. Die Tonwertkurve beschreibt demnach wie sich die Änderung der Helligkeit auf die Farben auswirkt.

Gamma-0-5

Gamma 0,5.

Gamma-1-0

Gamma 1,0

Gamma-2-0

Gamma 2,0
Bilderquelle: Wikipedia: "Gammakorrektur"

Ein Monitor gibt die Helligkeit ebenfalls nicht linear wieder. Das Verhältnis zwischen den RGB-Werten und der tatsächlichen Monitorhelligkeit kann als Kurve gezeichnet werden und lässt sich mathematisch als Gammafunktion definieren und somit auf einen einfachen Zahlenwert runterbrechen.

Gamma_on_TV

oben: linearer Bildsensor führt an Anzeige mit Gamma >1 zu einem kontrastreichen aber unnatürlichen Bild
unten: Bildaufnehmer mit vorsätzlichem Gamma <1 führt durch Anzeige mit passendem Gamma >1 zu einem originalgetreu wahrnehmbaren Bild
(rechts unterhalb findet sich jeweils die Gamma-Kurve, die das Gesamtverhalten des Systems beschreibt)
Bilderquelle: Wikipedia: "Gammakorrektur"

Jeder Farbraum und jedes Farbprofil umfasst eine solche Tonwertkurve, die schließlich die Information bereithält, mit welcher Helligkeit die einzelnen Farben umgewandelt werden müssen. Der ideale Weg wäre hierbei die Bilddaten linear zu belassen und das Monitorgamma zentral über das Farbmanagement zu kompensieren. Doch in der Bildbearbeitung ist es bislang üblich, eine Korrektur direkt in die Bilddaten einzurechnen. Die usprünglich linearen Kamera-Rohdaten werden also bei der RAW-Konvertierung mit Hilfe einer Gammakorrektur in den Mitteltönen so aufgehellt, dass ein durchschnittlicher Monitor die korrekte Helligkeitsverteilung anzeigt. So ist der Gammawert zwangsläufig zum festen Bestandteil der meisten heute gebräuchlichen Arbeitsfarbraum-Profile.

Die gängigsten Arbeitsfarbräume sind sRGB und AdobeRGB. Beide arbeiten mit einem Gamma von 2,2 – was dem Gamma durchschnittlicher Röhrenmonitore entspricht und so in der Vergangenheit den Standard definiert hat. Für die Bildbearbeitung empfiehlt es sich, dass die Tonwertkurve des Monitors, der des Arbeitsfarbraums entspricht. Daher ist der Gammawert 2,2 bei der Bildschirmkalibrierung für die Bildbearbeitung zu empfehlen. Für Hobbyfotografen gilt zudem, dass die meisten digitalen Fotos für ein Monitorgamma von 2,2 vorkorrigiert sind. Neben 2,2 nutzen einigen Farbräumen auch ein Standardgamma 1,8, was in der Druckindustrie Vorteile mit sich bringt. Zudem empfahl Apple früher mit 1,8 zu kalibrieren – doch auch hier gilt mittlerweile 2,2 als Richtlinie. Der wohl noch bedeutendste Farbraum mit Gamma 1,8 ist ProPhotoRGB.

Somit ist Gamma 1,8 nur noch in wenigen Spezialbereichen üblich. Ansonsten werden Monitore auf ein Gamma von 2,2 oder – immer beliebter – „L-Star“ kalibriert. L-Star ist hierbei der Standard, der der menschlichen Wahrnehmung am nächsten kommt und vor allem mit der Distanzmessung von globellColor einhergeht. 

Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass durch den Einsatz von Farbmanagement mögliche Unterschiede zwischen Bilddatei und Monitor kompensiert werden können. Neben der Umrechnung der Farben, werden hier wie bereits erwähnt auch die entsprechenden Helligkeitswerte berücksichtigt.

Sollte das Gamma bspw. durch fehlendes Farbmanagement falsch interpretiert werden und das Gamma der Bilddatei und das vom Monitor abweichen, werden Bilder zu dunkel oder zu hell angezeigt. Insbesondere lineare Dateien sehen dann auf den üblichen Monitoren mit einem Gamma von 2,2 deutlich zu dunkel aus.

Gamma-Einstellung_globellColor-SoftwareIn der globellColorSoftware wird bereits die L-Star Einstellung für viele Presets genutzt, doch die Gammawerte können auch frei gewählt und den Bedürfnissen des Nutzers angepasst werden

 

 

 

 

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