In fotografia, video e computer graphic, il simbolo rappresenta un parametro numerico che descrive la non linearità dell'intensità di riproduzione. Il gamma è un soggetto confuso e misterioso in quanto esso coinvolge concetti da quattro discipline: la fisica, la percezione, la fotografia e il video.

In questo articolo si spiega come il gamma è relazionato a ognuna di queste discipline. Capire bene la teoria e la pratica del gamma vi permetterà di ottenere buoni risultati quando create, processate o mostrate una immagine. Questo articolo si focalizza sulla riproduzione elettronica delle immagini usando tecniche e macchine video e di computer grafica. Tuttavia le discussioni sulla percezione e sulla fotografia sono di interesse generale.

Di seguito verrà trattata principalmente la riproduzione dell'intensità o come direbbe un fotografo "la scala dei toni". Questo è un punto molto importante per raggiungere una buona riproduzione del colore.

La percezione non uniforme dell'intensità è il soggetto della prima sezione di questo articolo.

La percezione umana dell'intensità è distintamente non uniforme: la accuratezza di una sensazione visiva è grosso modo una funzione di potenza di intensità. Questa caratteristica della visione deve essere rispettata se si deve codificare un'immagine in modo che la visibilità del rumore risulti minima e rendere efficace un limitato numero di bits per pixel.

L'origine del gamma nella fisica del tubo a raggi catodici (CRT) viene spiegata nella seconda sezione di questo articolo. Il CRT (monitor) che si trova ovunque come display di workstation e per l'uso televisivo è un dispositivo non lineare: l'intensità della luce riprodotta sullo schermo del CRT non è proporzionale al voltaggio in ingresso.
Da un punto di vista strettamente fisico il gamma correction può essere immaginato come un processo di compensazione di questa non linearità allo scopo di raggiungere una riproduzione esatta dell'intensità.

La terza sezione di questo articolo discute di come combinando questi due concetti  - uno della percezione e l'altro della fisica - si riveli una strana coincidenza: la non linearità del CRT è molto simile all'inverso della accuratezza della visione umana. Codificando l'intensità in un segnale corretto per il gamma lo si massimalizza per la percezione di quel canale e contemporaneamente lo si corregge per la funzione non lineare del CRT. Se la correzione di gamma non fosse stata necessaria per ragioni fisiche del CRT, avremmo dovuto invertirla per ragioni di percezione visiva umana.

La prossima sezione di questo articolo si occupa di un argomento completamente differente: la fotografia. Anche la fotografia coinvolge un processo non lineare di intensità di riproduzione. La non linearità del film viene caratterizzata dal parametro gamma. Come vedete l'elettronica ha ereditato il termine dalla fotografia!

Nel film l'effetto del gamma riguarda principalmente l'aspetto delle immagini piuttosto che la riproduzione accurata dei valori di intensità. Qualche aspetto del modo di apparire dell'immagine riferito al gamma per quanto riguarda il film si applica anche al modo di apparire dell'immagine per la televisione e per i computer.

Nella quinta sezione di questo articolo si descrive come il video trae insegnamento da tutte queste aree per il suo modo di gestire il gamma: notizie della fisica dei CRT, nozioni sulla non linearità della percezione umana, condizioni di osservazione per la fotografia. Si parlerà anche di ulteriori dettagli della funzione di trasferimento dei CRT che probabilmente vorreste conoscere se volete calibrare un CRT o determinarne la non linearità.

Nella sezione finale di questo articolo trovate qualche commento riguardo alla correzione di gamma per la computer grafica.

LA LUMINANZA

Il soggetto della colorimetria riguarda la relazione tra la sensazione di colore e la potenza spettrale a diversa lunghezza d'onda nello spettro del visibile. Discussioni dettagliate sulla colorimetria non sono lo scopo di questo articolo con l'eccezione di un fatto che risulta importante: la visione umana esegue un trattamento speciale della luminanza o parlando grossolanamente, della "brillantezza".

La luminanza è una miscelazione pesata di energia spettrale ove i pesi sono determinati dalla visione umana.

Approssimativamente la luminanza trae potenza per l'11% dalle regioni del blu dello spettro, il 59% dal verde, il 30% dal rosso. I coefficienti di questa somma pesata sono derivati dalla sensibilità della visione umana alle lunghezze d'onda corrispondenti: un colore blu saturo è piuttosto scuro in quanto ha una luminanza relativa dello 0,11 rispetto al bianco. Un rosso saturo è considerevolmente più luminoso e un verde saturo ancora più luminoso.

La Commission Internationale de l'Eclairage (CIE o International Commission on Illumination) è l'organismo internazionale responsabile degli standards per l'area della percezione del colore.

Il CIE ha standardizzato una funzione di misura/pesatura, definita numericamente, che riferisce la potenza spettrale alla luminanza. Il simbolo utilizzato per la luminanza è Y qualche volta enfatizzato come standard dal prefisso CIE.

Sfortunatamente nella pratica video il temine luminanza è diventato il segnale video che rappresenta la luminaza senza pensare che il segnale video è soggetto a una funzione di trasferimento non lineare. 

Agli albori del video il segnale non lineare fu chiamato Y' ove il simbolo di ' (primo) stava ad indicare un trattamento non lineare. Ma negli ultimi quaranta anni il simbolo di ' (primo) si è perso nell'uso e ora il termine luminanza e il simbolo Y coincidono con il simbolo CIE il che rende il tutto molto ambiguo!

Questo ha creato una grande confusione come le istruzioni incorrette che si possono comunemente trovare nella computer grafica o nei libri di testo sul colore ove nello spazio colore YIQ o YUV il componente Y è la luminaza CIE.

Io uso il termine luminanza in accordo con la sua definizione standardizzata dal CIE e uso il termine luma in riferimento al segnale video. Ma la mia convenzione non è poi così diffusa e quindi nel frattempo dovreste osservare con cautela se viene applicata una interpretazione lineare o non lineare alle parole e ai simboli.

Sino ad ora io ho usato il termine famigliare intensità ma da ora in poi userò il termine luminanza in riferimento alla risposta, alla "brillantezza" della visione umana. Continuerò ad usare il termine intensità per quantità lineari di rosso, verde e blu. La luminanza è una quantità lineare di luce, tuttavia la sua composizione spettrale viene definita secondo la visione umana. La "risposta" del sistema di  visone umana alla luminanza è il soggetto della prossima sezione.