Problemen met de matige weergave van schaduwpartijen, scherp licht of een te donkere weergave van bestanden in Windows die op een Mac bewerkt zijn? Grote kans dat dit te herleiden is tot de gammakarakteristieken. In dit artikel gaan we in op de gammawaarde en de invloed die de gammawaarde heeft op de kleurweergave van LCD-monitoren. Bij het kiezen van een monitor en bij het kleurenbeheer na aanschaf is inzicht in de rol van de gammawaarde een groot voordeel. We raden u dan ook aan om de onderstaande informatie door te nemen, als u waarde hecht aan een hoge beeldkwaliteit.

Dit artikel is een vertaling van: “Is the Beauty of a Curve Decisive for Color Reproduction? Learning About LCD Monitor Gamma” (Is de gammacurve doorslaggevend voor de kleurweergave? Leer meer over de gammawaarde van LCD-monitoren), uit het Japans. Het artikel werd oorspronkelijk gepubliceerd op 13 juli 2009. Copyright 2011 ITmedia Inc. Alle rechten voorbehouden.


Wat houdt de gammawaarde van een monitor eigenlijk precies in?

Het begrip “gamma” komt van de derde letter van het Griekse alfabet. De hoofdletter is Γ, de kleine letter wordt geschreven als γ. Het is terug te vinden in woorden als “gammastraling” of “gamma-GTP”, maar bijvoorbeeld ook in de naam van het sterrenstelsel Gamma Velorum. In de context van beeldbewerking op de computer wordt met “gamma” over het algemeen de helderheid van de grijstinten bedoeld.

Laten we iets dieper ingaan op de gammawaarde. Bij het werken met kleuren in een PC-omgeving zijn monitoren, printers en scanners van groot belang. Wanneer deze apparatuur wordt aangesloten op een computer, wordt informatie over kleuren in deze apparaten ingevoerd, die op hun beurt ook kleuroutput produceren en informatie uitwisselen. Ieder apparaat heeft echter zijn eigen eigenschappen als het gaat om kleurenbeheer. Daarom kan kleurinformatie niet exact op dezelfde manier worden uitgevoerd, als waarop deze informatie binnengekomen is. De gammakarakteristieken zijn de manieren waarop kleuren worden toegewezen tussen invoer en uitvoer.

De kleur die op een PC-monitor wordt weergegeven, is opgebouwd uit de drie basiskleuren rood (R), groen (G) en blauw (B). Ieder van deze RGB-componentenkleuren wordt weergegeven door 8 bits aan data (2 tot de 8e = 256 kleuren). Door alle varianten van deze basiskleuren te combineren, ontstaat een kleurdiepte van zo'n 16,77 miljoen kleuren (256 tot de 3e macht: 256 mogelijke rode kleuren X 256 mogelijke groene kleuren X 256 mogelijke blauwe kleuren). Dit wordt ook wel “full colour” genoemd.

Sommige monitoren kunnen ook werken met een kleurtoewijzing van 10 bits per RGB-kleur (2 tot de macht 10 = 1024 kleuren) en kunnen dus 1024 x 1024 x 1024 kleuren weergeven (ongeveer 1.064.330.000, ruim een miljard kleuren). De ontwikkeling van besturingssystemen en toepassingen die hiermee werken, blijft hier echter achter. De standaard kleuromgeving voor PC-monitoren werkt momenteel met 8 bits per RGB-kleur en kan dus 16,77 miljoen kleuren weergeven.

Als een PC en een monitor kleurinformatie uitwisselen, wordt de 8-bits kleurinformatie per RGB-component van de computer idealiter zo weergegeven op de monitor dat de invoer zonder afwijkingen 1:1 wordt uitgevoerd. Omdat de gammakarakteristieken echter afwijkingen vertonen tussen PC's en monitoren, wordt deze kleurinformatie niet in deze verhouding van 1:1 overgedragen.

Hoe de kleuren uiteindelijk weergegeven worden, hangt af van de gammawaarden. De gammawaarde is een getal dat wordt gebruikt om de gammakarakteristiek van een apparaat aan te geven. Als de invoer van kleurinformatie wordt aangeduid met x en de uitvoer met y, dan geeft de vergelijking y = x? het verband tussen die twee weer, waarbij de gammawaarde gebruikt wordt.

Gammakarakteristieken worden dus uitgedrukt met de vergelijking y = x?. Bij een ideale gammawaarde van 1,0 geldt x = y – oftewel, de uitvoer is een exacte weergave van de invoer. Iedere monitor heeft echter een eigen gammakarakteristiek (de gammawaarden), dus normaal gesproken is de weergave y niet gelijk aan de invoerde kleurgegevens x. Het afgebeelde diagram is een curve, die is aangepast aan de standaard gammawaarde 2,2 van Windows. De standaard gammawaarde van Mac OS is 1,8.

idealer Gamma-Wert vs. Windows-Standard vs. MacOS-Standard

Over het algemeen kan ervan uit worden gegaan dat de gammawaarde van de monitor ertoe neigt om grijstinten donker weer te geven. Om de nauwkeurige uitwisseling van kleurinformatie te bevorderen, wordt hiervoor bij de invoer gecorrigeerd: de grijstinten worden al opgelicht in de gegevenssignalen. Zo moet de verhouding van 1:1 tussen invoer en uitvoer worden bereikt. Deze compensatie van de kleurinformatie om deze op de gammakarakteristiek af te stemmen, wordt de gammacorrectie genoemd.

Een eenvoudig systeem voor gammacorrectie. Als we rekening houden met de gammakarakteristiek van de monitor en de kleurinformatie invoeren met gammawaarden die hierop aangepast zijn (bijvoorbeeld met opgelichte grijstinten), dan kan het kleurbeheer de ideale situatie benaderen waarin “y = x” (weergave is exact gelijk aan de invoer). Omdat deze gammacorrectie normaal gesproken automatisch wordt uitgevoerd, ziet u op uw PC-monitor een gecorrigeerd kleurbeheer zonder dat u hiervoor zelf iets hoeft te doen. De nauwkeurigheid van deze gammacorrectie verschilt echter per fabrikant en per apparaat (zie hieronder voor meer details).

Farbverwaltung zur Annäherung an den Idealwert „y = x“

De gammaverhouding tussen besturingssysteem en LCD-monitor

In de meeste gevallen kunnen we met een Windows-computer een vrijwel ideale kleurweergave bereiken op een monitor met een gammawaarde van 2,2. Dit is mogelijk, omdat het besturingssysteem Windows ervan uitgaat dat er een monitor wordt gebruikt met de standaard gammawaarde van Windows: 2,2. De meeste LCD-monitoren zijn ook inderdaad gebaseerd op een gammawaarde van 2,2.

Het Mac-besturingssysteem werkt echter met een gammawaarde van 1,8 voor monitoren. Apple werkt met hetzelfde concept als Windows. Wanneer we een monitor met een gammawaarde van 1,8 aansluiten op een Mac, komt de kleurweergave bijzonder dicht bij het ideaal.

Bild bei Gammawert von 2,2 und 1,8

Een voorbeeld van de weergave van dezelfde foto, één keer met een gammawaarde van 2,2 (linkerfoto) en één keer met een gammawaarde van 1,8 (rechterfoto). Bij een gammawaarde van 1,8 wordt de gehele weergave lichter. De gebruikte LCD-monitor is de EV2023W FlexScan van EIZO, met een beelddiagonaal van 20 inch (website ITmedia).

Met de LCD-monitoren van EIZO kunt u de gammawaarde eenvoudig instellen in het OSD-menu. Naast de standaard ingestelde gammawaarde van 2,2 kunt u kiezen uit verschillende instellingen, inclusief de standaardwaarde van 1,8 voor Mac OS.

Konfiguration des Gammawerts im OSD-Menü bei EIZO Monitoren

De standaard gammawaarden van de besturingssystemen van Windows en Mac wijken iets van elkaar af, omdat de gekozen basis anders is. Windows maakt gebruik van de gammawaarde van televisies (2,2), terwijl Apple voor zijn Mac OS koos voor de gammawaarde van industriële drukpersen (1,8). De besturingssystemen van Apple worden van oudsher veel gebruikt voor DTP-werk en drukwerk, en dat weerspiegelt zich ook nu nog in de gammawaarde van 1,8. Aan de andere kant is de gammawaarde van 2,2 standaard voor de sRGB-kleurruimte (de norm voor het internet en digitale content in het algemeen) en voor Adobe RGB dat veel wordt gebruikt voor printen met een breed kleurenspectrum (Engels: wide gamut).

Omdat kleurruimtes als sRGB en Adobe RGB steeds meer gebruikt werden, wijzigde Apple in september 2009 met het nieuwe besturingssysteem Mac OS X 10.6 Snow Leopard zijn standaard gammawaarde van 1,8 naar 2,2.


Interne gammacorrectie om de kleuren beter weer te geven op een LCD-monitor

Zoals gezegd, wordt in Windows-omgevingen standaard uitgegaan van een gammawaarde van 2,2. Veel LCD-monitoren kunnen op deze waarde worden ingesteld. Door de afzonderlijke neigingen van de LCD-monitoren (of de hierin gebruikte LCD-modules) kan echter geen rechte gammacurve van 2,2 worden weergegeven.

LCD-modules hebben normaal gesproken een s-vormige gammacurve met pieken, dalen en curven die afwijken van de RGB-kleur. Dit fenomeen is vooral present bij donkere en lichte kleuren. Op de monitor is dit zichtbaar in kleurafwijkingen en storingen in de kleurweergave.

Met de functie voor interne gammacorrectie in LCD-monitoren met hoge beeldkwaliteit kunnen deze onregelmatigheden in de gammacurve worden gecorrigeerd om het ideaal van y = x dichter te benaderen. De technische gegevens van de apparaten bevatten een bijzonder nuttige waarde, waarmee u kunt bepalen of een monitor beschikt over een dergelijke functie voor een interne gammacorrectie. Als het maximale aantal kleuren ongeveer 1.064.330.000 of 68 miljard is, of als in de technische gegevens een Look-Up Table (LUT) van 10 of 12 bits vermeld wordt, dan kunt u ervan uitgaan dat de monitor compatibel is met de interne gammacorrectie.

Bij de interne gammacorrectie worden kleuren meervoudig gedifferentieerd en dan opnieuw toegewezen. De kleurinformatie wordt met 8 bits per RGB-kleur overgedragen vanaf de PC aan de LCD-monitor. Binnen de LCD-monitor wordt een meervoudige kleurgradatie uitgevoerd om deze waarde te verhogen naar 10 bits (meer dan 1 miljard kleuren) of 12 bits (meer dan 68 miljard kleuren). De optimale kleur bij 8 bits per RGB-kleur (ongeveer 16,77 miljoen kleuren in totaal) wordt met behulp van de Look-Up Table geïdentificeerd en weergegeven op het beeldscherm. Hierdoor worden onregelmatigheden in de gammacurve en de afwijkingen van de betreffende RGB-kleur gecorrigeerd, zodat de uitvoer op het beeldscherm y de invoer x bijzonder dicht benadert.

Hoe werkt zo'n Look-Up Table precies? De Look-Up Table bevat vooraf berekende waarden. De resultaten van bepaalde berekeningen kunnen simpelweg uit deze Look-Up Table worden afgelezen, zonder dat de berekening zelf nog moet worden uitgevoerd. Dit reduceert het aantal berekeningen dat het systeem moet uitvoeren en maakt het mogelijk om de invoer sneller te verwerken. De Look-Up Table van een LCD-monitor bepaalt de optimale 8-bits RGB-kleur aan de hand van de meervoudig gedifferentieerde kleurgegevens (de gradatie) van 10 bits of hoger.

Graukeiltest
Links: grijskegel met inkleuring (1) en haperend kleurverloop (2). Rechts: gelijkmatige grijskegel
ideale Gamma-Kurve vs. unkorrigierte Kurve
rood = ideale gammacurve; blauw = gammacurve zonder correctie
Ideale Gammakurve
rood = ideale gammacurve; blauw = gammacurve met correctie

Een overzicht van een functie voor interne gammacorrectie. De invoer van 8-bits kleurinformatie vanuit een PC wordt meervoudig gedifferentieerd tot 10 of meer bits. Het resultaat wordt dan met behulp van de Look-Up Table toegewezen aan de optimale RGB-kleur met 8 bits. Na de interne gammacorrectie komen de resultaten dicht in de buurt van de ideale gammacurve, waardoor het kleurverloop en de kleurweergave significant worden verbeterd.

De LCD-monitoren van EIZO passen de interne gammacorrectie proactief toe. Bij modellen die speciaal ontworpen zijn om beelden met hoge kwaliteit weer te geven en ook bij enkele ColorEdge-modellen voor het kleurenbeheer, ondergaan de 8 bits RGB-ingangssignalen van de PC een meervoudige kleurgradatie. De berekeningen worden uitgevoerd bij 14 of 16 bits. De berekeningen worden dus uitgevoerd met meer bits dan dat de Look-Up Table bevat. Hierdoor wordt de kleurgradatie nog verder verbeterd, met name voor de weergave van donkere kleuren. Gebruikers die waarde hechten aan een hoogwaardige kleurweergave, zouden dus zeker dit soort monitoren moeten overwegen.

Meer informatie over de Look-Up Table vindt u in het volgende artikel: Maximumaantal schermkleuren en Look-Up Tables.


Het controleren van de gammawaarde van een LCD-monitor

We hebben enkele standaardafbeeldingen ontwikkeld, waarmee de gammawaarden van een LCD-monitor eenvoudig kunnen worden gecontroleerd. Kijk direct naar uw LCD-monitor, neem wat afstand van het display en bekijk de volgende afbeeldingen met half gesloten ogen. Vergelijk de vierkante randen en de strepen eromheen. Zoek daarbij naar patronen die dezelfde grijstint (helderheid) lijken te hebben. De patronen die qua helderheid het meeste overeenkomen met de vierkante rand en het gestreepte patroon, geven ongeveer de gammawaarde weer die op dit moment voor de monitor is ingesteld.

Gamma Test

Op basis van een gammawaarde van 2,2 is de gammawaarde van de LCD-monitor laag, wanneer de vierkante rand donker lijkt. Wanneer deze rand licht lijkt, is de gammawaarde hoog. U kunt de gammawaarde aanpassen door de helderheidsinstellingen van de LCD-monitor te wijzigen. Als alternatief kunt u de helderheid in het drivermenu van de grafische kaart instellen.

Het wordt echter nog veel eenvoudiger om de juiste gammawaarde te wijzigen, wanneer u kiest voor een apparaat waarin deze instelling direct beschikbaar is – zoals bij de LCD-monitoren van EIZO. Voor een nog betere kleurweergave kunt u uw monitor kalibreren en zo de gammawaarde vastleggen voor een optimaal resultaat.