감마(GAMMA)의 개념 (2011.11/12월호)

제3회
카메라에서 감마의 보정 기능은 아주 활용도가 높다. 감마값이라는 것은 화면 이미지의 톤을 조정하는 역할을 한다. 참고로 감마값으로 조정한 사진의 밝기는 노출의 밝기와는 다르다. 이점을 주의해야 한다. 이 감마값을 촬영자가 원하는 대로 임의의 값으로 조정함으로써 자신만의 독특한 톤을 갖는 사진을 만들어 낼 수 있다.

 

 

감마 보정(Gamma Correction)

인간의 감각기관에서 자극을 받고 있는 자극의 크기가 변화된 것을 느끼려면 약한 자극에서는 작은 변화에도 그 변화를 쉽게 감지할 수 있으나 강한 자극에서는 같은 변화는 느낄 수 없다는 법칙이 베버-페히너의 법칙(Weber-Fechner's Law)이다. 이를 간단히 베버의 법칙이라고도 한다. 인간의 시각도 베버-페히너의 법칙에 따라 밝기에 대해 선형적(Linear)이 아니라 비선형적(Nonlinear)으로 반응한다.

예를 들어 다음 [그림 1]과 같이 같은 간격으로 빛의 밝기를 선형적으로 나열하여 사람의 눈으로 보면 빛이 약한 A와 B에서 변화된 것을 쉽게 느낄 수 있으나 빛이 강한 I와 J에서는 변화된 것을 거의 느낄 수 없다. 사람의 눈이 변화에 민감한 부분은 빛이 약한 어두운 부분이고, 둔감한 부분은 빛이 강한 밝은 부분이다.

[그림 1] 선형적으로 나열된 색상도


그래서 이미지를 표시함에 있어서 이미지의 밝은 부분은 더 확장되고, 어두운 부분은 더 어둡게 압축되기 때문에 모든 영역에서 균일하게 보이는 방법이 필요하다. 여기서 압축된다는 의미는 시각적으로 어두운 부분이 더 어두워지고, 밝은 부분이 더 밝게 보이게 된다는 의미이다. 실제 보이는 비선형적인 값과 균일하게 처리한 선형적인 값과의 관계를 감마(Gamma)로 표시한다.

영상장치에서 가장 밝은 빛의 밝기 정도를 1로 보고, 가장 어두운 빛의 밝기를 0으로 본다. 이 밝기의 값에 어떤 값만큼 제곱을 하여 비선형적인 것을 선형적으로 만들어 내는 것이다. 이 제곱하는 값을 감마값이라 한다. 예를 들면, 0.5라는 밝기를 감마 보정하지 않고 표시하면 0.5가 되지만 감마값 2.2로 보정하면 0.5의 2.2 제곱만큼의 값이 되는 것이다. 수식으로 표시하여 계산하면 다음과 같이 된다.

0.52.2 = 0.217637640824031

결과적으로 0.5는 실제 밝기는 감마값 2.2로 보정하면 보정된 값은 실제 밝기보다 훨씬 어두운 0.217…라는 값의 밝기로 되는 것이다.

[그림 2] 감마값에 따른 그래프

 

[그림 2]의 그래프를 보면 감마가 1보다 작을 때는 전체적으로 그림이 밝아지는 것을 알 수 있다. 즉 0과 1사이의 수에 1보다 작은 값을 제곱하면 전체적으로 값이 크게 되고, 1보다 큰 수를 제곱하게 되면 전체적으로 작아지는 것이다. 그러나 0과 1은 어떤 수를 제곱해도 변하지 않는다. 이것이 감마의 개념이다.

시각적으로 발생하는 비선형적 특성을 선형적 특성으로 보상해 주기 위해 영상 장치에서 역감마 변환을 사용하여 선형적 RGB 데이터로 수정하는 행위가 감마보정(Gamma Correction, Gamma Encoding)이다. 일반적으로 감마 보정(Gamma Correction)이란 용어가 널리 쓰이나, 대부분의 경우에는 감마 부호화(Gamma Encoding)란 표현이 더 적절하다.

옛날 브라운관으로 영상 표시장치를 처음 만들던 초기에는 기술적으로 여러 가지 한계가 있었다. CRT는 발광소자의 특성으로 인해 입력되는 전기 신호의 값을 비례적으로 재현시키지 못하고 콘트라스트가 매우 높게 표현되었다. 이를 정상적인 콘트라스트로 보여주기 위해서는 신호의 값이 선형적인 상태가 되도록 보정을 해주어야만 했다. CRT의 보정을 위한 감마값은 2.2이다. 그러나 모든 CRT 단말장치에서 감마보정을 해주는 것이 아니라 영상을 보내는 측에서 미리 2.2로 감마 보정하여 보내는 것이다. 그래서 감마 2.2에서 이미지가 제대로 보이기 위해서 감마 0.45인 상태로 이미지를 촬영하는 것이다. 감마 0.45라는 말은 전체적으로 이미지가 밝아지면서 콘트라스트가 낮은 상태가 되는 것이다.
다음 [그림 3]은 촬영 장치에서 만든 원래 이미지(감마값 0.45)는 왼쪽처럼 전체적으로 이미지가 밝아지면서 콘트라스타가 낮은 상태의 이미지이고, 감마값 2.2로 보정을 하는 장치에서 본 이미지는 오른쪽처럼 제대로 보인다.

[그림 3] 원래의 이미지와 감마값 2.2로 보정된 이미지

 

 

컴퓨터 모니터에서 감마 보정

방송용 장비는 2.2를 사용한다. 컴퓨터 모니터는 크게 2가지가 사용된다. 주로 사용하는 IBM 컴퓨터의 감마값은 2.5이다. 반면 애플 컴퓨터의 감마값은 1.72이다. 만약 어떤 사진을 애플 컴퓨터(감마 1.72)에서 잘 보이도록 만들면 IBM 컴퓨터(감마 2.5)에서는 어둡고 색감이 지나치게 강하게 보인다. 반대로, IBM 컴퓨터(감마 2.5)에서 만들어진 사진 이미지를 애플 컴퓨터(감마 1.72)에서 본다면 너무 밝게 나타난다. 즉 색이 허옇고 밋밋하게 보일 것이다.

다음 [그림 4]의 가운데 이미지는 감마값 2.2에 맞도록 보정된 것이다. 이 이미지를 애플 컴퓨터(감마 1.72)에서 보면 왼쪽 이미지처럼 밝게 보이고, IBM 컴퓨터(감마 2.5)로 보면 오른쪽 이미지처럼 다소 어둡게 보인다.

요즈음은 디지털 사진기로 대부분 촬영을 하기 때문에 촬영대회나 공모전 심사를 할 때 컴퓨터 모니터로 작품을 보면서 심사하는 경우가 종종 있다. 이때 응모자가 처리한 컴퓨터와 심사자의 컴퓨터의 종류가 다르면 일부 참가자의 작품이 색감의 차이로 인해 종종 불이익을 당하는 경우가 발생한다. 이것이 바로 이런 이유 때문이다.

[그림 4] 컴퓨터에 따른 사진의 밝기
[그림 5] 카메라의 감마값 보정에 따른 사진의 밝기

 

 

카메라 또는 포토샵에서 감마 보정

카메라에서 감마의 보정 기능은 아주 활용도가 높다. 감마값이라는 것은 화면 이미지의 톤을 조정하는 역할을 한다. 참고로 감마값으로 조정한 사진의 밝기는 노출의 밝기와는 다르다. 이점을 주의해야 한다. 이 감마값을 촬영자가 원하는 대로 임의의 값으로 조정함으로써 자신만의 독특한 톤을 갖는 사진을 만들어 낼 수 있다. 물론 포토샵에서 후보정으로 감마값을 조정할 수도 있다. 참고로 포토샵에서는 기본적으로 감마값 2.2를 사용한다.

이때 감마값을 기본 감마값(0.45)보다 올리게 되면 화상의 검은 영역, 어두운 부분은 압축되고 밝은 부분이 더 확장된다[그림 5]. 반대로 감마값을 조금 내리게 되면 밝은 영역이 압축되고 어두운 부분이 확장된다. 여기서 압축된다는 의미는 시각적으로 어두운 부분이 더 어두워지고 밝은 부분이 더 많이 보이게 된다는 의미이다. 실제 카메라에서 감마 보정이라는 말은 카메라에 기본적으로 보정된 0.45를 의미하는 것이 아니라 촬영자가 임의대로 조정하는 것을 의미한다. 감마가 0.45로 촬영되었다는 말은 우리가 눈으로 보기가 적당하게 촬영되었다는 의미이다.

 

글/사진 구자광

글쓴날 : [11-11-30 12:25] 스쿠바다이버기자[diver@scubamedia.co.kr]
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