חישוב גאמה של המסך על סמך קריאות של spyder tv

[unsound_methods]

עשיתי קצת מחקר, קראתי גם ב AVSFORUM, וניסיתי להרכיב מודל שעושה את הדברים הבאים:
מציג את ה transfer function של מסך, ומחשב את הגאמה של ה transfer function הזו.

המטרה: שימוש אך ורק ב spydertv ולא בתוכנות חכמות מורכבות ויקרות יותר.
אציג את המודל ותוצאותיו - אשמח אם מביני עניין יקראו, יחוו דעתם על המודל, ויעלו נקודות לשיפור.

ההנחות:
מדיד ה spyder TV יכול לבצע, ומסוגל לדווח קריאות ערכי xyY CIE.
ה black level של המסך כויל כהלכה טרם ביצוע הקריאות.
ביצענו קריאות Y עבור אותות של לבן ברמות שונות (נניח, כל 10 IRE עד 100 IRE) - בתמונה למטה, הקריאות נמצאות בעמודה C.

שלבי המודל:
1. נירמול ערכי Y לתחום 0 עד 1 (0 מציין שחור, 1 מציין peak white של המסך). הנירמול כולל: הפחתה של ערך ה Y עבור IRE 0 מכל הערכים, וחלוקה בפקטור שתמקם את כל הערכים בסקלה 0 עד 1.
בתמונה למטה, ערכי Y מנורמלים נמצאים בעמודה D.
בשלב זה, ניתן להציג את ה transfer function כגרף (ראו תמונה).

2. חישוב gamma correction על ערכי Y המנורמלים. מנחשים gamma כלשהי, מעלים את ערכי Y המנורמלים בחזקת ההופכי של gamma. ראו עמודה E.

3. חישוב סכום של ריבועי ההפרשים בין כל "ערך Y מתוקן גמה" לבין רמת הסיגנל המנורמלת המתאימה לו. ראו עמודה F.

4. בחירת gamma כזו שמביאה את סכום ריבועי ההפרשים למינימום (באקסל, ניתן לבצע עם solver).
וזו הגאמה המתאימה לקריאות שבידינו!

אוקיי, אשמח לחוות דעת של המומחים.
נקודות כשל אפשריות -
- האופן בו בחרתי לנרמל את קריאות ה Y (התייחסות לקריאת ה Y הראשונה כאילו היא אפס, כלומר שחור מוחלט, למרות שהיא לא כזו)
- שימוש בנורמה של סכום ריבועי ההפרשים כדי להעריך את השגיאה בין הנתונים לבין פונקציית החזקה האידאלית המוגדרת ע"י ערך הגמה שבחרנו.
- אני לא מבין מהחיים שלי, עשיתי כאן מלא שטויות.

להלן תמונה של גליון האקסל לדוגמא.

[oferlaor]

זה עקרונית נכון, רק שזה המון עבודה, כמובן.

[unsound_methods]

תתפלא, את הגליון לוקח להכין כמה דקות (הרבה פחות ממחירו של colorfacts)...
ללמוד את הנושא, זה כמובן משהו אחר לגמרי...

אחרי שמספיק אנשים ייתנו חוות דעת, אפרסם הגליון בפורום לנוחיות כולם.
כל מה שהם יצטרכו זה לבצע הדגימות.

ולשאלה מעניינת:
טוב, מדדתי וגיליתי את הגאמה של המסך, נחמד. עכשיו מה? מה לעשות עם המידע הזה?
ונאמר שהיתה לי היכולת לקבוע כל גאמה אפשרית במסך, מ 2.0 ועד 2.6 ברזולוציה של 0.05, מהי "גאמה נכונה"? האם 2.5 נחשבת נכונה כי זו הגאמה של מסכי CRT, ולכן ה correction שיש ברב האותות המשודרים / מוקלטים מתאים ל 2.5 ?

[motico]

unsound_methods

יופי של רעיון, אבל לא גילית לנו מה מקור האות, המחשב או DVD ?
וסתם שאלה, יש לך SPYDER ל TV שמגיע ללא תכנה ?

[unsound_methods]

motico,

הרמתי המודל כדי לראות האם כדאי לרכוש spydertv פשוט (מטורף, אני יודע)...
לאחר מעשה, נראה לי שאם אכן ה sypdertv מספק raw readings של xyY, אז עם קצת ידע ו"ללכלך את הידיים" אפשר להגיע לאנליזות די מרשימות, לא רק של גאמה.

הנתונים הם קריאות שנעשו ממדיד spydertv על מסך מסוים, לקחתי אותם מ avsforum. אני חושב שהמקור הוא ה DVD שמצורף לספיידר.

[motico]

unsound_methods

לא בדיוק הבנתי. הנתונים הם מדידה שאתה ביצעת או של מספרים שמישהו מדד ופירסם באינטרנט ?
שאלתי לגבי מקור האות כי משהו לא הסתדר לי במספרים שהצגת, אבל אם מקור האות זה DVD שמצורף ל SPIDER אז זה מסביר.


ושאלת את שאלת השאלות:

מדדתי וגיליתי את הגאמה של המסך, נחמד. עכשיו מה? מה לעשות עם המידע הזה?

...

אז מה נעדיף, תמונה יותר טובה או גאמה אידיאלית ?

[unsound_methods]

motico,

אלה לא מדידות שלי. מישהו ב avsforum ביצע אותם באמצעות spydertv, כאשר הוא עשה אבלואציה לספיידר.
אני די בטוח שהמקור הוא DVD שמצורף לספיידר.
http://www.avsforum.com/avs-vb/showthread.php?t=572098

רציתי לראות שאני מבין ומסוגל להכין מודל שמחשב לי גאמה, מבלי לרכוש תוכנה יקרה אלא רק את הסנסור והתוכנה הפשוטה של spydertv.

1.
אגב, מה לא הסתדר לך במדידות?

2.
ומהי הגאמה האידאלית? ולמה היא נחשבת אידאלית?

[motico]

unsound_methods


2. השתמשתי במושג גאמה אידיאלית, להדגיש מצב שבו עקומת הגאמה של המסך משלימה בדיוק את עקומת הגאמה של אות השידור. זה כמובן מינוח שלי.
השאלה מה באמת מספר הגאמה. אז אני שואב את הנתון מספרו העתיק והמפורט של HUTSON בשם "Color Television Theory", ושם המספר בהגדרת התקן גם של NTSC וגם של PAL הוא 2.2.
לעפר יש מקורות מידע משלו ושם מצויין כנראה שב PAL הגאמה כ- 2.5 .
אנחנו נגררים עם צרת הגאמה בגלל הדפיקות של מסכי ה CRT, ונראה לי הגיוני שהמספר לא אמור להיות שונה בין שיטות השידור, שהרי המסכים הם אותם מסכים בכל העולם. יוצא מהכלל זה מסך של סוני שכנראה בגלל מבנהו השונה, הגאמה שלו נמוכה יותר.

1. מה שהפריע לי במספרים זה שקיבלת תוצאה לא לינארית.
חשבתי בתחילה שהשגת איזה ספיידר לניסיון (ללא תכנה), ועשית מדידה משלך. הנחתי שבדקת את רמות ה IRE בעזרת דיסק בדיקה (כמו DVE), שמשמש להקרין בהתאם לרצוי רמות שונות של עוצמה. כמו שאתה יודע, במקרה הזה האות שיוצא מהדיסק יוצא לא לינארי (מתוקן גאמה הפוכה), ולכן לאחר תיקון המסך הייתי מצפה לקבל מדידות שהתוצאה שלהם הוא גרף לינארי ולא את צורת הגאמה שקיבלת.
עכשיו שאני מבין שבמדידות השתמשו כנראה בדיסק מתאים אחר, וזה עושה הגיון לתוצאות.

רעיון קנית הספיידר בניפרד מוצא חן בעיניי אבל:
1. האם אפשר לרכוש את הספיידר ללא התוכנה ?
2. האם התוכנה ששולפת מהספיידר את מספריי ה CIE לא באה כחלק מהתוכנה היקרה שאתה מנסה לא לקנות?

[unsound_methods]

אנחנו נגררים עם צרת הגאמה בגלל הדפיקות של מסכי ה CRT

...

זה מה שחשבתי בהתחלה. ככך שהעמקתי בנושא המעניין הזה (בעיקר מהסיבה שלצערי שום מקום לא הצליח לגרום לי הבנה אמיתית בנושא) גיליתי את האמת. והאמת, זה הרבה הרבה יותר מורכב.
ה"דפיקות" של ה CRT היא דווקא יתרון עצום. באופן מפתיע התנהגות ה CRT היא פונ' הופכית (בקירוב) לאיך שהעין האנושית מגיבה ל luminance. כלומר, אם אתה מסתכל על ערכי אות מתוקני גאמה, הקידוד הזה "מתאים" לחוש הראיה (כלומר 50IRE אמור להראות לעין כחצי מהבוהק של 100IRE וכו'). לכן זה הקידוד הנכון לבצע בו טרנספורמציות וחישובים, ללא קשר ל CRT כלל וכלל.

השתמשתי במושג גאמה אידיאלית, להדגיש מצב שבו עקומת הגאמה של המסך משלימה בדיוק את עקומת הגאמה של אות השידור

...

אז זהו. גם כאן זהה לא כ"כ טריוויאלי. מסתבר שאם זה היה כך, זו היתה מערכת מתמטית לינארית, אבל לא נראית טוב לעין, כי היה חסר בה קצת קונטרסט. בפועל, המעריך של תיקון הגאמה (1/2.22) שונה קצת מהמעריך של גאמת ה CRT (שהוא 2.5 בד"כ), כך שמבחינת end to end הפונ' היא חזקה עם מעריך 1.13 בערך (ולא לינארית).

מה שהפריע לי במספרים זה שקיבלת תוצאה לא לינארית

...

עוד בלאגן. מה שכתבת לא נכון.
מה שיוצא מהדיסק הוא באמת מתוקן גאמה. כפי שציינתי, זה קידוד לינארי לחוש הראיה. אבל לא לפיזיקה.
המדיד מודד את ה luminance הפיזיקלי - והוא באמת פונ' חזקה של ה voltage הנכנס, כלומר זוהי פונ' הגאמה של המסך.
לעין זה נראה לינארי, כי היא מפעילה פונ' הפוכה (העין, כמו כל החושים, תופסת שינוים באופן לוגריתמי - אבל במקרה דנן, ההתנהגות שלה מאד קרובה לפונ' חזקה עם מעריך הפוך מהגאמה של ה CRT).

מצאתי מקור מצוין לנושא. מדובר באורים ותומים של וידאו דיגיטאלי, צ'רלס פוינטון.
תקרא על גאמה ב-
http://www.poynton.com/PDFs/TIDV/Gamma.pdf
זה כבד, ודורש ריכוז, אבל שום דבר אחר שקראתי לא משתווה לזה.

ולשאלותיך -
1 - לא יודע
2 - הבנתי מקריאה ב avsforum שניתן לחלץ ערכי CIE xyY מהתוכנה הפשוטה (הזולה), בהרצה עם פרמטר מסוים בcommand line.

[oferlaor]

1. אפשר לרכוש את תוכנת SPYDERTV ועם שינוי קטן (שתי אפשרויות שונות, קוד מיוחד או הרצה עם COMMAND LINE) ניתן אכן לקבל את ה-xyY ועם מאמץ קטן לתרגם אותם למספרים ראליים. יש כבר כמה קבצי אקסל שניתן להשיג שעושים את העבודה השחורה.

2. כשאמרתי שזה המון עבודה התכוונתי לזמן שמדידות לוקחות, מדובר על לא מעט מאמץ וזמן. אם אתם מוכנים להחליף זמן בכסף, זה בהחלט פיתרון.

לגבי מספרי גאמה. ב-NTSC אכן 2.2 זה היעד, ב-PAL אני בד"כ מכוון ל-2.3 או יותר (2.5 זה גבוה מדי לרוב) וב-HDTV הגאמה הנפוץ הוא 2.4.

[motico]

unsound_methods

תודה על הלינק. בשלב זה אני עונה לפני שקראתי את מה שכתוב בלינק.

זה נכון שהגאמה של המסכים הוא 2.5 ויותר, אבל צריך להבין את ההתחלה.
קצת היסטוריה, וסליחה מראש אם אני כותב דברים שאתה כבר יודע:
כשבנו את התקן לטלויזיה שחור/לבן, בדקו את הגאמה של המסכים והתוצאה היתה 2.2 . פירוש הדבר שהתאורה על המסך לא היתה לינארית למתח שהוכנס לסריג שפופרת ה CRT, כי זה המבנה הפיזיקאלי של המסך, וזו יכולת הזרמת הזרם דרך הקטודה בצפיפות שונה של מטענים. המדידות נעשו ללא קשר לאיזו עקומה פיזיולוגית של העין.
לעיוות הזה קראו עיוות גאמה. מתח כניסה יחסית לעוצמת האור שפולטת השפופרת.

כדי שתאורת המסך תהיה לינארית, נאלצו להכניס בכל טלויזיה תיקון גאמה כדי לתקן את עיוות הגאמה של ה CRT. מכיוון שהכנסת תיקון בכל טלויזיה עולה כסף (לא נשכח שלא מדובר במעגלים דיגיטאליים), הוחלט ברוב חוכמה להכניס את התיקון פעם אחת במשדרים. כלומר, המשדר ישדר עקומה לא לינארית וכשהתמונה תגיע למסך המקלט, האי לינאריות "תתוקן" ע"י העקומה הלא לינארית של ה CRT וכולם מרוצים.
הגאמה של ה CRT היתה 2.2 ולכן התיקון שהוכנס ונקבע כתקן היה גם הוא 2.2 (כמובן 1/2.2 שזה 0.45).

ואז הגיעו המסכים החדשים הצבעוניים. מסתבר ששם הגאמה קצת יותר גדולה, כ 2.5 - 2.7. המעבר מ ש/ל לצבעוני עבר בהדרגתיות ולכן לא היתה אפשרות לשנות את גאמת הבהירות במשדרים, כי עדיין היו מיליוניי מקלטים ב ש/ל. וכך בתהליך טבעי, התקן נשאר 2.2.

המטרה של תיקון הגאמה היתה פשוטה: אותה כמות אור שנופלת על מצלמת הוידאו, תשוחזר במדוייק ותוקרן אחרי כל תהליך השידור מהמסך עצמו. אחד לאחד. לא היה שום ניסיון לתקן סטיות של העין כי אין צורך לתקן אותם. זה כמו להגיד שאתה בונה מגבר סטריאו לא FLAT בעקומת התדר כי האוזן לא שומעת FLAT. המטרה של מערכת שמע זה להוציא ברמקולים בדיוק את מה שנכנס מהמיקרופון, כנ"ל בוידאו.
זה שהעין רואה בצורה לוגריתמית לא קשור לנושא. גם השמיעה שלנו לוגריתמית, אז מה, הרסיבר שיש לנו מגביר יותר אות חלש ומחליש אות חזק?

הגאמה רק מפריעה. מסכי פלאזמה ו LCD (להבדיל מ CRT) הם לינארים (אנחנו מקוים), וכדי שהבהירות תהיה לינארית היו חייבים להכניס מלאכותית את הגאמה כדי שתתאים לשידורים. אם היו מתחילים היום את התקן לא היו משתמשים בכלל בגאמה.

מבחינתי גאמה אידיאלית זו הגאמה שדואגת ששינוי בעוצמת אור (עם מכשיר מדידה) על האובייקט המצולם, תתרחש באותו כיוון ובאותה רמה בדמות המוקרנת מהמסך (וגם זה עם אותו מכשיר מדידה).
אתה כמובן יכול להגדיר שמבחינתך הגאמה האידיאלית זו הגאמה שרואים במסך הכי טוב, אבל זה כמובן לא מדיד. למעשה רובנו משנים את הפרמטרים של הפלאזמה לנוחיות העין אבל זה לא קשור למדידות הגאמה.

תרשה לי להשתמש במשפט שכתבת רק עם ניסוח משלי:
מה שיוצא מהדיסק הוא באמת מתוקן גאמה, זה קידוד לינארי לפיזיקה ולא לחוש הראיה.

המעריך של תיקון הגאמה (1/2.22) שונה קצת מהמעריך של גאמת ה CRT (שהוא 2.5 בד"כ), כך שמבחינת end to end הפונ' היא חזקה עם מעריך 1.13 בערך (ולא לינארית).

...

זה נכון, אבל כמו שכתבתי, זה יצא בגלל התקנים ולא בגלל תכנון חכם מראש. זה רק גורם לתמונה ב CRT להיות קצת יותר חשוכה ולתת יותר פרטים באיזור הבהיר על חשבון הפרטים באיזור הכהה.

שאם זה היה כך, זו היתה מערכת מתמטית לינארית, אבל לא נראית טוב לעין, כי היה חסר בה קצת קונטרסט.

...

גאמה לא משנה קונטרסט. אם במאמר שציינת הגורו כתב שגאמה משנה קונטרסט, אז הוא כנראה לא יהיה הגורו שלי. זה היופי בפונקציית הגאמה, לא חשוב איזה מספר תכניס, היחס בין רמת האות הנמוך ורמת האות הגבוה נשאר קבוע.
אפשר לומר שמה שמשתנה זה הקונטרסט בחלקים שונים של הבהירות. בגאמה גבוהה, הקונטרסט נמוך באפורים וגבוה בבהירים ולהפך. כאמור הקונטרסט הגלובלי לא משתנה.

אני בהחלט מסכים איתך שהעין אוהבת תמונה קונטרסטית. קח למשל תמונה דיגיטאלית ותגדיל את הקונטרסט ב 10%, התמונה מיד משתפרת. מאבדים פרטים באיזורי תאורה מסויימים אבל בסה"כ התמונה נראית טובה יותר. חלק ממסכי הפלאזמה משפרים את התמונה בעזרת תרגילים ועקומות לא לינאריות כמו S-CURVE וכו' אבל זה ממש לא קשור לגאמה שבתקן השידור.

מרוב עצים לא רואים את היער - מרוב הכתיבה נראה לי שאולי איבדת אותי.
אז בקיצור, כיוון שהתקן בשידור הוא 2.2 גם DVD מחוייב "לשדר" לפי התקן הזה, ולכן עוצמות האור (במדידה עם מד אור) אמורות להיות לינאריות.

עכשיו אני הולך לקרא את המאמר שבלינק......

[unsound_methods]

motico, דבריך לעניין, הכל נכון ידוע ומוסכם.

חולק על דבריך רק בנקודה אחת:

הגאמה רק מפריעה... אם היו מתחילים היום את התקן לא היו משתמשים בכלל בגאמה.

...

כאן אינני מסכים. ערכים שהם gamma corrected הם לינאריים לחוש הראיה; לכן עדיף לעבוד בהם לאורך ה pipeline של עיבוד התמונה. פוינטון אף אומר, שאם למסכים לא היתה גאמה, היה צריך להמציא את תיקון הגאמה, רק מהסיבה הזו.
אני מסביר את זה ממש בפשטנות, אם אתה מעוניין, קרא את הפרק gamma בספר של פוינטון, בלינק שצרפתי - מוסבר שם בצורה טובה למה כ"כ כדאי לעבוד עם ערכים שהם מתוקני גאמה.

גאמה לא משנה קונטרסט. אם במאמר שציינת הגורו כתב שגאמה משנה קונטרסט, אז הוא כנראה לא יהיה הגורו שלי

...

מסכים - מצטער, ניסוח לקוי שלי. אתה ניסחת זאת יותר טוב "מה שמשתנה זה הקונטרסט בחלקים שונים של הבהירות".
שוב, ממליץ לקרוא את פוינטון; הוא מסביר זאת יותר טוב ממני...

[oferlaor]

מוטי,

[unsound_methods]

עופר,

אני מסכים שהכתיבה בשרושר זה נעשתה טכנית, מסובכת וארוכה.
אבל אם אתה חושב שטעיתי , אודה לך אם תתקן דבריי.

[unsound_methods]

אוקיי, קראתי דברי מוטיקו בעיון, הבנתי מה היה לקוי בניסוח שלי.

המטרה של תיקון הגאמה היתה פשוטה: אותה כמות אור שנופלת על מצלמת הוידאו, תשוחזר במדוייק ותוקרן אחרי כל תהליך השידור מהמסך עצמו. אחד לאחד. לא היה שום ניסיון לתקן סטיות של העין כי אין צורך לתקן אותם.

...

מסכים לחלוטין. pure physics.
בפרוש לא טענתי שהגאמה נועדה לתקן סטיות חוש הראיה - אם זה נשמע כך אז התנסחתי רע.

כל מה שאמרתי שיש יתרון לעבוד במרחב "מתוקן גאמה" לאורך pipeline עיבוד התמונה, כי זהו מרחב לינארי לחוש בראיה: הפרשים לכל אורך הסקלה הזו, נתפשים ע"י העין באופן אחיד. זה היתרון. (במרחב לא מתוקן גאמה, הפרשים שהם זהים, אבל בשתי קצוות הסקאלה, נתפשים בעין כקפיצות שונות לגמרי ברמות התאורה).

מצטער אם עשיתי בלאגן.
הכוונה היתה טובה..

[unsound_methods]

במחשבה שנייה, מסקנותיי מהשרשור :
למרות העניין הרב, והצורך לחלוק האניפורמציה ולהעשיר הידע האחד של השני, טעינו(תי) וחטאנו(תי).
ככל הנראה זהו אינו המדיום המתאים לדיון טכנולוגי מעמיק, קשה להתנסח בקצרה בצורה מדויקת תמציתית ולא משתמעת לשני פנים.
הפנמתי.

[motico]

unsound_methods

אתה גדול, עוד לא הספקתי לקרא את הקטע וכבר נתת תשובה.
מהכמה עמודים שהספקתי לקרא עד עכשיו, אני מבין שפוינטון הוא פיזיקאי ולא אלקטרונאי והוא מדבר על גאמה באופן כללי ולא רק בהיבט של וידאו.

אני חושב שחוסר ההסכמה בינינו זה רק עניין של מינוח.
אני עדיין טוען שגאמה זה צרה. הגאמה מקלקלת את היחס אות לרעש ויוצרת גם קוונטיזציה במערכות דיגיטאליות כך שגם מבחינה אלקטרונית זה קוץ ב...

אני יכול להסכים עם פוינטון שעקום קצת לא לינארי מציג תמונה יותר יפה, אבל את העקום הזה יש להכניס במקלט ולא במשדר. שכל מקלט יבנה לו את העקום המתאים כדי להציג את התמונה במיטבה לפי דעתו של מתכנן המסך (כבר היום זה נעשה), ולא לדחוף משהו כללי שגם מי שלא צריך, מחוייב להתכפתר אליו.
לזה אני קורה "לא צריך גאמה". הכוונה שלי - לא צריך בתקן.

במעבר מפילם לוידאו, מכונת הטלסין משנה את הגאמה (מעבר ל 2.2) כי לפילם יש גאמה משלו, והמספר 2.2 מאבד מיוקרתו.

ומשהו מהתחום החביב עלי וזה הצילום. סקנרים מבוססי CCD, הן מכונות לינאריות. התמונה שהן מפיקות היא לינארית. מכיוון שהמסכים "סובלים" מצרת הגאמה, כדי שנוכל לראות את התמונה כמו שצריך, מעוותים את הרמות בכך שמעבירים את התמונה עקום גאמה. גם מדפסת זה משהו לינארי אבל כיוון שהתמונה כבר עברה עיוות, המדפסת נאלצת לעוות אותה בחזרה כדי להדפיס נכון. שים לב כמה המרות עושים רק בגלל הגאמה וכמה קוונטיזציה נוצרת בתהליכים.
היום מערכות לעיבוד תמונה מתקדמות (שמבוססות מסכי LCD), לא נזקקות לגאמה כי כל השרשרת לינארית. המסכים עם גאמה 1, הסקנרים עם גאמה 1 וגם המדפסות מכויילות לגאמה 1.
ברור שכשרוצים להעביר את התמונה לאינטרנט חייבים לעביר אותה תיקון גאמה, ורק אז היא תיכנס ברוב כבוד ל WEB.

פעם כתבתי באתר מאמר על S-CURVE, ואם אני לא טועה משפט הסיכום היה במישקל - לינארי זה לא בהכרח אידאלי.
אז אני חושב ששנינו מסכימים על זה (וגם פוינטון). מה שאנחנו כנראה לא ממש מסכימים זה שלדעתי, את התיקון הלא לינארי צריך כל מסך לבצע בעצמו ולא לקבוע את זה כתקן שמאלץ את כולם.

אז עכשיו אני חוזר לקרא את פוינטון...

[motico]

unsound_methods

רק עכשיו אני קורא את המחשבה השניה שלך.
הפנמתי גם אני