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La nuova misura del gamma

di Emidio Frattaroli , pubblicato il 15 Ottobre 2007 nel canale DISPLAY

“Tra le indagini più importanti per la verifica della qualità di videoproiettori e display, la misura della linearità della scala dei grigi e della curva del gamma è una delle più importanti. In questo articolo viene proposto un nuovo grafico per la rappresentazione grafica del gamma e dei valori di luminosità misurati”

Che cosa è la curva del gamma?

All'interno dei media tradizionali come DVB, DVD Video, Blu-ray e HD DVD, il "segnale video" è codificato ad 8 bit per componente cromatica, il che si traduce in 256 diversi livelli: da zero fino a 255. Miscelando in modo diverso le tre componenti primarie RGB, ciascuna codificata ad 8 bit (256 x 256 x 256), è possibile ottenere 16.777.216 combinazioni diverse. Per praticità, in questa sede ci occuperemo solo delle sfumature in bianco e nero, senza occuparci del colore e del bilanciamento del bianco. Per ottenere il bianco e i vari livelli della scala dei grigi, tutte e tre le componenti cromatiche RGB devono avere la stessa intensità di segnale. Per convenzione, partiremo dal presupposto che il numero massimo di livelli possibili in bianco e nero, da nero al bianco assoluto, sono al massimo 256, senza scendere nel dettaglio di cosa succede nella realtà, al netto della gamma dinamica reale dei nuovi media digitali che utilizzano una scala leggermente ridotta (16-235).

Per necessità didattica da ora in poi mi riferirò al solo segnale in bianco e nero, rapportando i 256 differenti livelli in una scala da 0 al 100%. Quindi il livello 128 sarà pari ad una intensità di segnale del 50% mentre il livello 255 sarà pari al 100%. Ipotizziamo di avere a disposizione un display HD che abbia un livello di luminanza massimo di 100 candele su m2. Consegnando a tale display un segnale con livello al 100%, avremo quindi una luminanza pari a 100 cd/m2. E fin qui tutto bene. Alla domanda: "quante cd/m2 vengono riprodotte fornendo allo stesso display un segnale con livello al 50%"? La stragrande maggioranza delle persone risponde: 50 cd/m2. Peccato che la risposta sia errata.

Misurando tale display mentre riproduce un segnale in ingresso con intensità al 50% - sperando che tale display non sia una vera schifezza - il nostro strumento di misura ci dirà nella migliore delle ipotesi che abbiamo circa 22 cd/m2. Lo stesso display ideale, con segnale in ingresso pari al 20% ci dirà che abbiamo un livello di luminanza di appena 2,9 cd/m2.

In pratica, non c'è linearità tra il segnale in ingresso e l'energia con la quale viene riprodotta la luce dal display. Tutto questo a causa di una caratteristica della tecnologia utilizzata dai TV con tubo a raggi catodici. I CRT (Cathode Ray Tube) comprimono il segnale in ingresso ai livelli più bassi e lo espandono a quelli più elevati: la relazione che c'è tra l'intensità del segnale video in ingresso e la luce emessa dal TV è di tipo esponenziale. Per completezza, aggiungo che l'esponente che caratterizza questa relazione,  nei TV a tubo catodico è statisticamente compreso tra 2,3 e 2,5.

Per questo motivo, il segnale video ripreso da telecamera viene codificato con l'inverso di questo esponente, condizione che permette anche di risolvere molti dei problemi legati al rumore (analogico e anche digitale) alle intensità più basse di segnale. La pre-correzione del gamma in fase di ripresa è uno standard definito che impone a tutte le altre tecnologie di riproduzione delle immagini (LCD, plasma etc.) la stessa curva del gamma in riproduzione ed è pari a 0,45.