Probleme wie die schwache Darstellung von Schattenbereichen, ausreißende Lichter oder die auf Windows-Computern zu dunkle Anzeige von auf Macs bearbeiteten Bildern sind oft auf Gammacharakteristiken zurückzuführen. In dieser Sitzung beschäftigen wir uns mit Gammawert und seinem bedeutenden Einfluss auf die Farbwiedergabe bei LCD-Monitoren. Es ist sowohl für das Farbmanagement als auch für die Produktauswahl hilfreich, sich mit dem Gammawert auszukennen. Wir empfehlen Ihnen, diese Informationen zu lesen, wenn Sie Wert auf eine hohe Bildqualität legen.

Die folgenden Ausführungen sind eine Übersetzung des Artikels „Is the Beauty of a Curve Decisive for Color Reproduction? Learning About LCD Monitor Gamma“ (Ist die Gammakurve entscheidend für die Farbwiedergabe? Erfahren Sie mehr über den Gammawert bei LCD-Monitoren) aus dem Japanischen, der am 13. Juli 2009 veröffentlicht wurde. Copyright 2011 ITmedia Inc. Alle Rechte vorbehalten.


Was ist eigentlich der Gammawert eines Monitors?

Der Begriff Gamma hat seinen Ursprung vom dritten Buchstaben im griechischen Alphabet, wobei Γ der Großbuchstabe und γ der Kleinbuchstabe ist. Das Wort Gamma taucht im Alltag öfter auf, zum Beispiel in Begriffen wie Gammastrahlen oder Gamma-GTP und im Namen des Sternensystems Gamma Velorum. Bei der Computerbildverarbeitung bezieht sich der Begriff allgemein auf die Helligkeit der Zwischentöne (Grautöne).

Schauen wir uns den Gammawert etwas genauer an. Bei der Arbeit mit Farben in einer PC-Umgebung sind Monitore, Drucker und Scanner von besonderem Interesse. Wenn diese Geräte an einen PC angeschlossen sind, werden Farbinformationen in die Geräte eingegeben, mit den Geräten ausgegeben und untereinander ausgetauscht. Da jedes Gerät seine eigenen Eigenschaften (oder Tendenzen) der Farbverwaltung hat, können Farbinformationen nicht exakt so ausgegeben werden, wie sie eingegeben wurden. Die Gammacharakteristiken sind die Eigenschaften der Farbzuordnung zwischen Ein- und Ausgabe.

Die Farbe, die auf einem PC-Monitor dargestellt wird, basiert auf den drei Grundfarben Rot (R), Grün (G) und Blau (B). Jede dieser RGB-Komponentenfarben wird durch 8 Bit Daten dargestellt (28 = 256 Töne). Aus der Kombination der Abstufungen aller drei Grundfarben ergibt sich eine Farbtiefe von 2563 = etwa 16,77 Millionen Farben (auch als „Vollfarbe“ bezeichnet): 256 R-Farbtöne × 256 G-Farbtöne × 256 B-Farbtöne.

Während bestimmte Monitore auch mit einer Farbzuordnung mit 10 Bit pro RGB-Farbe (210 = 1.024 Farbtöne) oder 10.243 (ungefähr 1.064.330.000 Farben) kompatibel sind, hat sich die Entwicklung der Unterstützung durch Betriebssystemen und Anwendungen verzögert. Derzeit stellen 16,77 Millionen Farben mit 8 Bit pro RGB-Farbe die standardmäßige Farbumgebung für PC-Monitore dar.

Wenn ein PC und ein Monitor Farbinformationen austauschen, sieht die Ideallösung so aus, dass die 8-Bit-Farbinformation je RGB-Komponentenfarbe vom PC auf dem Monitor genau so wiedergegeben wird, d. h., das Verhältnis von Eingabe und Ausgabe ist 1:1. Da jedoch die Gammacharakteristiken zwischen PCs und Monitoren variieren, wird die Farbinformation nicht im Verhältnis 1:1 von Ausgabe und Eingabe übertragen.

Wie die Farben letztendlich dargestellt werden, hängt von den Gammawerten (?) ab. Diese repräsentieren die Gammacharakteristik jedes Geräts durch einen Zahlenwert. Wenn die Farbinformationseingabe als x und die Ausgabe als y dargestellt wird, kann die Beziehung, bei der der Gammawert angewendet wird, als Gleichung y = x? ausgedrückt werden.

Gammacharakteristiken werden durch die Gleichung y = x? ausgedrückt. Bei einem idealen Gammawert von 1,0 ist y = x. Da jedoch jeder Monitor eine eigene Gammacharakteristik (Gammawerte) besitzt, ist y im Allgemeinen nicht gleich x. Das dargestellte Diagramm zeigt eine Kurve, die an den Standard-Gammawert von Windows von 2,2 angepasst wurde. Der Standard-Gammawert von Mac OS ist 1,8.

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

Im Allgemeinen kann man davon ausgehen, dass der Gammawert des Monitors bei Zwischentönen dazu tendiert, diese dunkel darzustellen. Um den exakten Austausch von Farbinformationen zu fördern, werden Datensignale eingegeben, bei denen die Zwischentöne bereits aufgehellt wurden. So soll das Verhältnis 1:1 von Eingabe zu Ausgabe erzielt werden. Diese Art des Ausgleichs von Farbinformationen zur Abstimmung der Gammacharakteristiken wird Gammakorrektur genannt.

Ein einfaches System zur Gammakorrektur. Wenn wir die Gammacharakteristik des Monitors berücksichtigen und die Farbinformationen mit entsprechend angepassten Gammawerten eingeben (z. B. Farbinformationen mit aufgehellten Zwischentönen), kann sich die Farbverwaltung dem Idealwert „y = x“ annähern. Da die Gammakorrektur normalerweise automatisch ausgeführt wird, erhalten Sie eine korrigierte Farbverwaltung auf dem PC-Monitor, ohne selbst etwas tun zu müssen. Die Präzision der Gammakorrektur variiert jedoch je nach Hersteller und Gerät (Details siehe unten).

Farbverwaltung zur Annäherung an den Idealwert „y = x“

Die Gamma-Beziehung zwischen Betriebssystem und LCD-Monitor

In den meisten Fällen können wir mit einem Computer unter Windows bei einem Monitor mit einem Gammawert von 2,2 nahezu ideale Farben erreichen. Dies ist möglich, da Windows von einem Monitor mit dem Windows-eigenen Standard-Gammawert von 2,2 ausgeht. Die meisten LCD-Monitore basieren auf einem Gammawert von 2,2.

Unter Mac OS lautet der Standard-Gammawert für Monitore 1,8. Hier wird dasselbe Konzept wie bei Windows angewendet. Wenn wir einen mit einem Gammawert von 1,8 konfigurierten Monitor an einen Mac anschließen, erhalten wir eine Farbwiedergabe, die dem Ideal sehr nahekommt.

Bild bei Gammawert von 2,2 und 1,8

Ein Beispiel für die Darstellung desselben Bildes einmal mit einem Gammawert von 2,2 (Foto links) und einmal mit einem Gammawert von 1,8 (Foto rechts). Bei einem Gammawert von 1,8 erscheint das gesamte Bild heller. Der verwendete LCD-Monitor ist der 20-Zoll-Breitbildschirm EV2023W FlexScan von EIZO (ITmedia-Seite).

Die LCD-Monitore von EIZO ermöglichen Ihnen die einfache Konfiguration des Gammawerts im OSD-Menü. Zusätzlich zum anfangs konfigurierten Gammawert von 2,2 können Sie aus mehreren Einstellungen wählen – einschließlich des Standardwerts von 1,8 für Mac OS.

Konfiguration des Gammawerts im OSD-Menü bei EIZO Monitoren

Die standardmäßigen Gammawerte unterscheiden sich bei den Betriebssystemen von Windows und Mac leicht aufgrund ihrer Grundlagen und ihrer Geschichte. Windows übernahm einen Gammawert, der dem Wert von Fernsehern (2,2) entspricht, während Mac OS einen Gammawert übernahm, der gewerblichen Druckern (1,8) entspricht. Mac OS hat eine lange Tradition hinsichtlich gewerblicher Druck- und Desktop Publishing-Anwendungen, für die der Gammawert von 1,8 noch heute grundlegend ist. Andererseits ist ein Gammawert von 2,2 Standard für den sRGB-Farbraum (dem Standard für das Internet und digitalen Inhalt im Allgemeinen) sowie für AdobeRGB (stark verbreitet für das Drucken mit großem Farbspektrum).

Aufgrund der immer weiter zunehmenden Verwendung von Farbräumen wie sRGB und AdobeRGB musste Apple Computer im September 2009 mit Einführung von Mac OS X 10.6 Snow Leopard vom standardmäßigen Gammawert 1,8 zum Wert 2,2 wechseln.


Interne Gammakorrektur zur Verbesserung der Farbtöne beim LCD-Monitor

Wie erwähnt wird in Windows-Umgebungen standardmäßig vom Gammawert 2,2 ausgegangen. Viele LCD-Monitore können auf diesen Wert eingestellt werden. Aufgrund der einzelnen Tendenzen der LCD-Monitore (oder der darin installierten LCD-Module) kann jedoch keine gerade Gammakurve von 2,2 dargestellt werden.

LCD-Module weisen normalerweise s-förmige Gammakurven mit Höhen und Tiefen auf sowie Kurven, die von der RGB-Farbe abweichen. Dieses Phänomen zeigt sich speziell bei dunklen und hellen Farbtönen, die visuell oft als Farbsprung, Farbabweichung und Farbstörung erscheinen.

Mit der Funktion zur internen Gammakorrektur in LCD-Monitoren von hoher Bildqualität können diese Unregelmäßigkeiten in der Gammakurve korrigiert werden, um dem Ideal von y = x ? näherzukommen. Die technischen Daten der Geräte liefern einen besonders hilfreichen Wert, anhand dessen Sie feststellen können, ob ein Monitor über eine Funktion zur internen Gammakorrektur verfügt: Ein Monitor kann als kompatibel mit der internen Gammakorrektur gelten, wenn die maximale Farbanzahl ungefähr 1.064.330.000 oder 68 Milliarden beträgt bzw. wenn in den technischen Daten die Größe der LUT (Look-Up-Tabelle) mit 10 oder 12 Bit angegeben wird.

Eine Funktion zur internen Gammakorrektur wendet bei Farben eine mehrfache Abstufung an und ordnet diese erneut an. Die Farbinformation wird vom PC auf einen LCD-Monitor in Form von 8 Bit pro RGB-Farbe übertragen. Innerhalb des LCD-Monitors wird eine mehrfache Farbabstufung durchgeführt, um diesen Wert auf 10 Bit (ca. 1.064.330.000 Farben) oder 12 Bit (ca. 68 Milliarden Farben) zu erhöhen. Die optimale Farbe bei 8 Bit pro RGB-Farbe (ca. 16,77 Millionen Farben) wird durch Bezug auf die Look-Up-Tabelle identifiziert und auf dem Bildschirm angezeigt. Dadurch werden die Unregelmäßigkeiten in der Gammakurve und die Abweichungen der jeweiligen RGB-Farbe korrigiert, sodass die Ausgabe auf dem Bildschirm dem Ideal von y = x ? sehr nahe kommt.

Sehen wir uns die Look-Up-Tabelle genauer an. In der Look-Up-Tabelle sind die vorab berechneten Werte enthalten. Die Ergebnisse bestimmter Berechnungen können einfach in der Look-Up-Tabelle abgelesen werden, ohne dass die Berechnungen selbst durchgeführt werden müssen. Das beschleunigt die Verarbeitung und verringert die Rechenlast des Systems. Die Look-Up-Tabelle in einem LCD-Monitor bestimmt die optimalen 8-Bit-RGB-Farben anhand der mehrfach abgestuften Farbdaten von 10 oder mehr Bit.

Graukeiltest
Links: Graukeil mit Einfärbung (1) und Schattierungsabriss (2). Rechts : gleichmäßiger Graukeil
ideale Gamma-Kurve vs. unkorrigierte Kurve
rot = Ideale Gammakurve; blau = Nicht korrigierte Gammakurve
Ideale Gammakurve
rot = Ideale Gammakurve; blau = Korrigierte Gammakurve

Ein Überblick über eine Funktion zur internen Gammakorrektur. Die Eingabe von 8-Bit-RGB-Farbinformationen von einem PC wird einer mehrfachen Abstufung auf 10 oder mehr Bit unterzogen. Das Ergebnis wird dann mithilfe der Look-Up-Tabelle dem optimalen 8-Bit-RGB-Farbton zugeordnet. Nach der internen Gammakorrektur kommen die Ergebnisse nahe an die ideale Gammakurve heran, wodurch Farbtonverlauf und Farbwiedergabe erheblich verbessert werden.

Die LCD-Monitore von EIZO wenden die interne Gammakorrektur proaktiv an. Bei Modellen, die speziell zur Darstellung von Bildern hoher Qualität entwickelt wurden und bei einigen Modellen der ColorEdge-Serie für das Farbmanagement werden 8-Bit-RGB-Eingangssignale vom PC einer mehrfachen Farbabstufung unterzogen und die Berechnungen bei 14 oder 16 Bit ausgeführt. Der Hauptgrund für die Durchführung von Berechnungen mit mehr Bits, als die Look-Up-Tabelle umfasst, ist die weitere Verbesserung der Farbabstufung, besonders für die Wiedergabe der dunkleren Farbtöne. Benutzer auf der Suche nach einer qualitativ hochwertigen Farbwiedergabe sollten ein solches Monitor-Modell wählen.


Den Gammawert eines LCD-Monitors überprüfen

Abschließend haben wir Bildmuster vorbereitet, auf denen die Gammawerte eines LCD-Monitors ganz einfach überprüft werden können. Sehen Sie direkt auf Ihren LCD-Monitor, bewegen Sie sich etwas vom Bildschirm weg und betrachten Sie die folgenden Bilder mit halb geschlossenen Augen. Vergleichen Sie die quadratischen Umrisse und die Streifen um diese herum. Suchen Sie dabei nach Mustern mit scheinbar gleichem Grauton (Helligkeit). Die Muster, die dem quadratischen Rahmen und dem gestreiften Muster am ehesten in ihrer Helligkeit entsprechen, stellen in etwa den Gammawert dar, auf den der Monitor derzeit eingestellt ist.

Gamma Test

Basierend auf einem Gammawert von 2,2 ist der Gammawert des LCD-Monitors niedrig, wenn der quadratische Rahmen dunkel erscheint. Wenn der quadratische Rahmen hell erscheint, ist der Gammawert hoch. Sie können den Gammawert anpassen, indem Sie die Helligkeitseinstellungen des LCD-Monitors ändern oder die Helligkeit im Treibermenü der Grafikkarte einstellen.

Es ist natürlich noch einfacher, den Gammawert anzupassen, wenn Sie sich für ein Gerät entscheiden, bei dem der Wert direkt eingestellt werden kann – wie bei LCD-Monitoren von EIZO. Für eine noch bessere Farbwiedergabe können Sie durch Kalibrieren Ihres Monitors den Gammawert festlegen und die Farbwiedergabe optimieren.