Kalibrierung Teil 2: Gammakorrektur über Kurvenmanipulation

Hallo blaue Gemeinschaft,

hier möchte ich mal sehr ausführlich die Auswirkung von falschen Gammaeinstellungen bei TV-Geräten, sowie die Korrektur explizit eingehen.

Was ist Gamma?

Unter Gamma versteht man die Transfer-Funktion von Schwarz nach Weiß, und ist somit das Verhältnis von Eingangsspannung zu Lichtausgangsleistung.


Was ist der Gammafaktor?

Der Gammafaktor ist vereinfacht gesagt der Umrechnungsfaktor/Kehrwert von Kamerahelligkeitsdarstellung auf Monitorhelligkeitsdarstellung.

Die empfundene Helligkeit steigt für unsere Augen in dunklen Bereichen steiler und in hellen weniger steil an. Die Stevenssche Potenzfunktion ordnet dem menschlichen Auge ein Gamma von ca. 0,3 bis 0,5 zu. Kameras nehmen mit einem Gamma von 0,4 auf, das entspricht dem Gammafaktor 2,5. Was der inverse, sprich entgegen Helligkeitsdarstellung entspricht.
Was dem Gammafaktor eines Röhrengerätes entspricht, welche ausnahmslos in der Anfangszeit der Videotechnik existierten. Da der Elektronenbeschuss eine nichtlineare Helligkeitsdarstellung erzeugte.

Was ist eine Gammakurve.

Gammakurve ist für die Helligkeitsverteilung des Bildes verantwortlich. Die Kurve hängt mit dem Gammafaktor zusammen, sprich je höher der Faktor des später steigt die Kurve an. Und natürlich auch umgekehrt, je kleiner desto heller erfolgt die Ausleuchtung.
Die Ausleuchtung wir immer von der maximalen Helligkeit, spricht 100% weiß auf 0% schwarz errechnet. Allerdings in Prozent. Damit passt sich die Kurve der jeweiligen Bildschirmhelligkeit an.

Hier mal die Referenzpunkte der Gammakurve bei Faktor 2,5:

100% weiß = 100% Ausleuchtung
90% grau = 76,84% Ausleuchtung
80% grau = 57,24% Ausleuchtung
70% grau = 41,00% Ausleuchtung
60 % grau =27,89% Ausleuchtung
50 % grau = 17,68% Ausleuchtung
40 % grau = 10,12% Ausleuchtung
30 % grau = 4,93% Ausleuchtung
20 % grau = 1,79% Ausleuchtung
10 % grau = 0,32% Ausleuchtung
0 % schwarz = 0% Ausleuchtung

Und zum Vergleich eine Gammakurve bei Faktor 2,2

100% weiß = 100% Ausleuchtung
90% grau = 79,31% Ausleuchtung
80% grau = 61,21% Ausleuchtung
70% grau = 45,63% Ausleuchtung
60 % grau =32,50% Ausleuchtung
50 % grau = 21,76% Ausleuchtung
40 % grau = 13,32% Ausleuchtung
30 % grau = 7,07% Ausleuchtung
20 % grau = 2,90% Ausleuchtung
10 % grau = 0,63% Ausleuchtung
0 % schwarz = 0% Ausleuchtung




Welche Einstellmöglichkeiten gibt es?

Es gibt in der Regel zwei Einstellungsmöglichkeiten.

Einmal die jedes Gerät bietet eine Korrektur über eine Potenzfunktion. Hierbei werden alle Ausgangswerte über verschiedene Gammafaktoren errechnet. Vorteil dieser Funktion ist die Umrechnung Kurvengenau, kann mit dieser Funktion jede Kurve mit einer Faktor- Veränderung dargestellt werden. Sehr großer Nachteil entstehen bei der Darstellung oder Berechnung Abweichungen, werden diese immer übernommen. Abweichungsfehler können also mit dieser Funktion nicht korrigiert werden.

Zweite Möglichkeit die frei „manipulierbare“ Gammakurve. Hier kann jede einzelne Graustufe vom linearen Gesamtgammafaktor 1, jeweils konvex ins Kameragamma oder konkav ins Monitorgamma verschoben werden. Damit lässt sich jede Art von Gammafehlern korrigieren.

Was ist bei der Einstellung zu beachten?

Für die Gammaeinstellung gib es auch Testbilder für die „Augenkorrektur“, allerdings ist diese Methode sehr unzuverlässlich. Da unsere Augen beziehungsweise die unterschiedlichen Technologien einen Stich durch die Rechnung machen. Gerade bei DLP-Projektoren und Plasmabildschirmen da diese Bildschirme „digital“ arbeiten, sprich die Helligkeit wird durch ständiges zünden oder löschen der Pixel erzeugt bzw. durch kippen der Spiegel. Und damit nur einen begrenzten linearen Wertebereich durch temporales Dithering erzeugen. Notwendig wäre aber eine Kurve mit nichtlinearem Verlauf. Zweites Problem dieser Technologien, in den unteren Helligkeitsbereichen haben wir hier genauso viele Abstufungen wie in den oberen und damit in den unteren zu wenig für eine Gammakurve mit Faktor 2.5. Dadurch entsteht Banding in dunklen Bereichen. Banding = Posterisation dass bedeutet durch diesen Effekt bei der Wiedergabe mit hohem Banding Anteil, die fließenden Farbübergänge und der Wechselübergang von Schwarz nach Weiß die Übergänge von einer Schattierung zur anderen fast vollständig fehlen. Das Resultat dadurch Detailverlust, weshalb hier immer mit der heller Kurve gearbeitet wird. Hier haben die LCD-Geräte durch ihre konstante Hintergrundbeleuchtung eindeutig einen Vorteil, da sie von so einem Effekt nicht betroffen sind. Auf jeden Fall ist für eine genaue Einstellung eine Messsonde unverzichtbar.

Kalibrierung der Gammadarstellung



Gerade bei LCD-Geräten ist eine Einstellung des Gammas dringend erforderlich, da manche Hersteller in den Standarteinstellungen mit linearen Kurven Arbeiten. Was für eine Filmwiedergabe absolut ungeeignet ist. Dadurch werden die Graustufen auch linear ausgeleuchtet z.B. 30% grau = 30% Ausleuchtung, zur Erinnerung die Ausleuchtung müsste aber bei 4,93% bei der Filmwiedergabe liegen. Durch diese Darstellung wird das gesamte Bild nun überstrahlt. Dadurch weist das Bild keine Bildtiefe sowie Plastizität auf, Details werden einfach überstrahlt. Dieses Bild dürfte wohl jedem bekannt sein wenn man sich die Geräte in den großen Elektromärkten ansieht.

Die Bildgröße wurde angepasst. Das Original Bild hat eine Auflösung von 786x487px .

Die Bildgröße wurde angepasst. Das Original Bild hat eine Auflösung von 788x511px .

Bei der Kalibrierung über den Fernseher, macht sich ein starker Abfall des Faktors bei 50% bemerkbar. Dies hat die Folge, wie man auch hier bei der Kurvendarstellung sieht, hebt sich die Kurve deutlich von der Norm ab. In diesem Bereich werden Bildinhalte mit deutlich zu viel Licht ausgeleuchtet. Dadurch entstehen auch Einbußen bei der Detaildarstellung sowie Verlust an Bildtiefe.

Die Bildgröße wurde angepasst. Das Original Bild hat eine Auflösung von 785x487px .

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Nun kommt die Gammakorrektur des DENON zum Einsatz.

Die Bildgröße wurde angepasst. Das Original Bild hat eine Auflösung von 1024x575px .

Die Korrektur greift über die digitale Speicherung der Helligkeitsinformationen ein. Hier können die Werte nun so manipuliert werden dass nach der Linearisierung im Player. Die falschen in Formationen an das Display weitergegeben werden. Mit diesen falschen Informationen erstellt nun der TV die Gammafaktoren, durch diese Faktoren entsteht nach der Berechnung die Kurve. Jetzt sieht der Verlauf schon deutlich besser aus. Jetzt erreicht der LCD eine Bildcharakteristik eines Röhrenmonitors.

Die Bildgröße wurde angepasst. Das Original Bild hat eine Auflösung von 790x485px .

Auf Referenzniveau, die Kurve des TVs überdeckt sich nun genau mit der Normkurve.

Die Bildgröße wurde angepasst. Das Original Bild hat eine Auflösung von 788x485px .

Bildvergleich vor und nach der Kalibrierung.



SIN CITY DVD (Laufzeit. 00:00:15)

Die Bildgröße wurde angepasst. Das Original Bild hat eine Auflösung von 1024x575px .

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Underworld DVD (Laufzeit. 00:37:41)

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Ratatouille BD (Laufzeit. 00:57:03)

Die Bildgröße wurde angepasst. Das Original Bild hat eine Auflösung von 1024x575px .

Die Bildgröße wurde angepasst. Das Original Bild hat eine Auflösung von 1024x575px .

Ich hoffe die Unterschiede sind zu sehen. Wenn man vor dem TV steht sieht man die Unterschiede mehr als deutlich. Auf jeden fall hat sich für mich der Zeitaufwand geloht, den als Entschädigung gibt es ein Bild der Spitzenklasse. Ich kann nur jedem empfehlen der sich hochwertige Elektronik zu legt diese entweder selber oder durch einen Profi einstellen zulassen. Ist zwar nicht billig, bringt aber eine wirkliche Verbesserung als das Geld unnötig in überteuerte „Wunderkabel“ zu investieren.