Gamma y mapeo de tonos

Imagen digital y analógica

Para entender la diferencia principal entre las imágenes digitales y las analógicas, hay que tener en cuenta el concepto de gama de codificación.

Las cámaras digitales responden a los fotones de forma muy diferente a las de película o a nuestros ojos. Los sensores de las cámaras digitales simplemente cuentan los fotones y asignan un valor tonal en proporción directa al número de fotones detectados, es decir que responden linealmente a la luz entrante.

El ojo humano, sin embargo, no responde linealmente a la luz. Nuestros ojos son mucho más sensibles a pequeñas diferencias en niveles en brillo bajo que en brillo alto. Tradicionalmente, la película ha sido diseñada para responder a la luz de forma similar a como lo hacen nuestros ojos, pero los sensores digitales simplemente no funcionan de esa manera.

Gamma y mapeo de tonos

La corrección Gamma, no-linealidad gamma, codificación gamma o simplemente gamma, es un método de codificación que relaciona los números de la imagen digital RAW con los que representan el brillo percibido. Esta corrección es necesaria para compensar ciertas propiedades de la visión humana y se denomina Gamma porque es el tipo de función de respuesta de nuestra visión.

Como ya hemos visto, la sensibilidad del sensor de la cámara se ajusta a una gamma de 1,0 y tiene una respuesta lineal a los fotones entrantes. Pero esto significa que los valores capturados no se corresponden con la forma en que las personas vemos la luz. La relación entre el número de fotones que alcanzan nuestras retinas y la percepción de la luz que experimentamos como respuesta, y se aproxima a una gamma entre 2,0 y 3,0, dependiendo de las condiciones de visualización.

La corrección gamma se define por la siguiente ley de potencias:

V_salida = A V_entrada^γ

Donde A es una constante y los valores V de entrada y salida son valores no negativos. El exponente Gamma cunado es γ < 1 es lo que determina la compresión de la codificación y cuando γ > 1 determina la descompresión en la decodificación.

En la figura se muestra la curva de corrección que se aplica a las imágenes digitales para modificar la respuesta lineal de los sensores digitales a la del ojo humano. El valor Gamma utilizado para el remapeo de la curva de tonos es 2,2.

La mayoría de los archivos de imagen utilizan una codificación gamma de 2,2 (como lo hacen el sRGB y Adobe RGB 1998 de color), pero la gran excepción es con los archivos RAW, que utilizan una gamma lineal. Sin embargo, los visores de imágenes RAW suelen mostrar estos suponiendo una gamma estándar de codificación de 2,2.

Implicaciones prácticas de la naturaleza lineal de la captura digital

Las capturas digitales, por su respuesta lineal, dedican una gran cantidad de bits para codificar las diferencias en las intensidades de luz más altas, precisamente donde nuestros ojos son menos sensibles relativamente, y sin embargo un número relativamente pequeño de bits para las diferencias en las intensidades de luz de las sombras, donde nuestros ojos son muy sensibles.

Como ya debes saber, toda operación de edición sobre una imagen digital tiene el desafortunado efecto secundario de sacrificar y reducir el número de bits en esa imagen. Esto es cierto para todas las imágenes, ya sean digitales escaneadas de película, renderizadas de manera sintética, o capturadas con una cámara digital.

Al realizar una captura digital, oscurecerla es una operación mucho más segura que iluminarla, ya que al oscurecerla forzamos más bits en las sombras, precisamente donde nuestros ojos son más sensibles, mientras que iluminarla hará decrecer el número relativamente pequeño de bits capturados que describen las sombras y los distribuirá a través de una gama tonal más amplia, aumentando el ruido y la probabilidad de posterización en las zonas oscuras.