Luma (vídeo)

Brillo en una imagen o vídeo

En video , luma ( ) representa el brillo en una imagen (la porción "blanco y negro" o acromática de la imagen). ^[1]^[2]^[3]^[4] Luma generalmente se empareja con crominancia . ^[3]^[4] Luma representa la imagen acromática , mientras que los componentes de croma representan la información de color . La conversión de fuentes R′G′B′ (como la salida de una cámara de tres CCD ) en luma y croma permite el submuestreo de croma : debido a que la visión humana tiene una sensibilidad espacial más fina a las diferencias de luminancia ("blanco y negro") que a las diferencias cromáticas, los sistemas de video pueden almacenar y transmitir información cromática a una resolución más baja, optimizando el detalle percibido en un ancho de banda particular. ^[3] ${\estilo de visualización Y'}$

Luma versus luminancia relativa

255, 147, 255	255, 170, 170	211, 211, 0
192, 192, 255	200, 200, 200	122, 244, 0
0, 235, 235	0, 250, 125	0, 255, 0
Valores RGB de colores de ejemplo con la misma luminancia relativa que el color primario más claro (verde) utilizando los primarios NTSC (1953) originales para ' ( corrección gamma ) = 2,2

255, 203, 255	255, 208, 208	227, 227,0
216, 216, 255	219, 219, 219	124, 248, 0
0, 244, 244	0, 252, 126	0, 255, 0
Valores RGB de colores de ejemplo con la misma luminancia relativa que el color primario más claro (verde) utilizando primarios BT. 709 para ' ( corrección gamma ) = 2,2

Luma es la suma ponderada de los componentes RGB comprimidos gamma de un video en color; los símbolos primos ′ denotan compresión gamma . La palabra fue propuesta para evitar la confusión entre luma tal como se implementa en ingeniería de video y luminancia relativa tal como se usa en la ciencia del color (es decir, como se define en CIE ). La luminancia relativa se forma como una suma ponderada de componentes RGB lineales , no de los comprimidos gamma. Aun así, a veces se denomina erróneamente luminancia a luma. ^[2] SMPTE EG 28 recomienda el símbolo para denotar luma y el símbolo para denotar luminancia relativa. ^[1] ${\estilo de visualización Y'}$ ${\estilo de visualización Y}$

Uso de luminancia relativa

Si bien la luminancia se utiliza con más frecuencia, la luminancia relativa a veces se utiliza en la ingeniería de video para referirse al brillo de un monitor. La fórmula utilizada para calcular la luminancia relativa utiliza coeficientes basados en las funciones de correspondencia de color CIE y las cromaticidades estándar relevantes de rojo, verde y azul (por ejemplo, los colores primarios NTSC originales , SMPTE C o Rec. 709 ).

Para los primarios Rec. 709 (y sRGB ), la combinación lineal, basada en consideraciones colorimétricas puras y la definición de luminancia relativa es:

Y=0,2126R+0,7152G+0,0722B

La fórmula utilizada para calcular la luminancia en la especificación Rec. 709 también utiliza arbitrariamente estos mismos coeficientes, pero con componentes comprimidos gamma:

Y'=0,2126R'+0,7152G'+0,0722B',

donde el símbolo primo ′ denota compresión gamma .

Coeficientes de luminancia Rec. 601 frente a coeficientes de luminancia Rec. 709

158, 0, 79	165, 0, 0	140, 70, 0
142, 0, 142	95, 95, 95	100, 100, 0
104, 0, 208		58, 116, 0
0, 0, 255		0, 119, 0
0,91,182	0, 112, 112	0, 118, 59
Valores RGB de colores de ejemplo con la misma luminancia relativa que el color primario más oscuro (azul) utilizando primarios NTSC originales (1953) para corrección gamma igual a 2,2.

152, 0, 76	156, 0, 0	122, 61, 0
137, 0, 137	77, 77, 77	80, 80, 0
102, 0, 204		44, 88, 0
0, 0, 255		0, 90, 0
0, 76, 152	0, 86, 86	0, 90, 45
Valores RGB de colores de ejemplo con la misma luminancia relativa que el color primario más oscuro (azul) utilizando primarios BT. 709 para corrección gamma igual a 2,2.

Para los formatos digitales que siguen la norma CCIR 601 (es decir, la mayoría de los formatos de definición estándar digital), la luminancia se calcula con esta fórmula:

Y'_{\text{601}}=0,299R'+0,587G'+0,114B'

Los formatos que siguen la Recomendación ITU-R BT. 709 (es decir, la mayoría de los formatos digitales de alta definición) utilizan una fórmula diferente:

Y'_{\text{709}}=0,2126R'+0,7152G'+0,0722B'

Los sistemas HDTV modernos utilizan los coeficientes 709, mientras que los formatos transicionales HDTV 1035i (MUSE) pueden utilizar los coeficientes SMPTE 240M :

Y'_{\text{240}}=0,212R'+0,701G'+0,087B'=Y'_{\text{145}}

Estos coeficientes corresponden a los primarios SMPTE RP 145 (también conocidos como "SMPTE C") en uso en el momento en que se creó el estándar. ^[5]

El cambio en los coeficientes de luminancia tiene como objetivo proporcionar los coeficientes "teóricamente correctos" que reflejan las cromaticidades estándar correspondientes ("colores") de los colores primarios rojo, verde y azul. Sin embargo, existe cierta controversia con respecto a esta decisión. ^[6] La diferencia en los coeficientes de luminancia requiere que las señales de los componentes se conviertan entre Rec. 601 y Rec. 709 para proporcionar colores precisos. En los equipos de consumo, la matriz necesaria para realizar esta conversión puede omitirse (para reducir el costo), lo que da como resultado un color inexacto.

Errores de luminancia y luma

Además, los coeficientes de luminancia Rec. 709 no necesariamente brindan un mejor rendimiento. Debido a la diferencia entre luminancia y luminancia relativa, la luminancia no representa exactamente la luminancia en una imagen. Como resultado, los errores en el croma pueden afectar la luminancia. La luminancia por sí sola no representa perfectamente la luminancia; una luminancia precisa requiere tanto luminancia como croma precisos. Por lo tanto, los errores en el croma "se filtran" en la luminancia de una imagen.

Observe el sangrado de luminosidad cerca de los bordes. Debido al uso generalizado del submuestreo de croma , los errores de croma ocurren típicamente cuando se reduce la resolución/ancho de banda. Este ancho de banda reducido, junto con componentes de croma de alta frecuencia, puede causar errores visibles en la luminancia. Un ejemplo de un componente de croma de alta frecuencia sería la línea entre las barras verde y magenta del patrón de prueba de barras de color SMPTE . El error en la luminancia puede verse como una banda oscura que ocurre en esta área. ^[7]

Véase también

Referencias

^ ab Engineering Guideline EG 28, "Glosario anotado de términos esenciales para la producción electrónica", SMPTE, 1993.
^ ab Poynton, Charles (2003). "Apéndice A - YUV y luminancia considerados perjudiciales". Algoritmos e interfaces de video digital y HDTV (PDF) . San Francisco: Morgan Kaufmann.
^ abc drewbatgit (7 de enero de 2021). "Acerca de YUV Video - Aplicaciones Win32". learn.microsoft.com . Consultado el 27 de octubre de 2023 .
^ ab Telestream (2017). Diferentes espacios de color - o cómo los niveles fallan (PDF) . Telestream.
^ Poynton, Charles (2003). Vídeo digital y HD: algoritmos e interfaces. Morgan Kaufmann. ISBN 978-1-55860-792-7.
^ Poynton, Charles (1998). "Luminancia, luma y la migración a DTV". poynton.ca . Consultado el 27 de octubre de 2023 .
^ Poynton, Charles (2004). "Luminancia constante". poynton.ca . Consultado el 27 de octubre de 2023 .

[:0-1] Engineering Guideline EG 28, "Glosario anotado de términos esenciales para la producción electrónica", SMPTE, 1993.

[:1-2] Poynton, Charles (2003). "Apéndice A - YUV y luminancia considerados perjudiciales". Algoritmos e interfaces de video digital y HDTV (PDF) . San Francisco: Morgan Kaufmann.

[:2-3] rewbatgit (7 de enero de 2021). "Acerca de YUV Video - Aplicaciones Win32". learn.microsoft.com . Consultado el 27 de octubre de 2023 .

[:3-4] Telestream (2017). Diferentes espacios de color - o cómo los niveles fallan (PDF) . Telestream.

[5] Poynton, Charles (2003). Vídeo digital y HD: algoritmos e interfaces. Morgan Kaufmann. ISBN 978-1-55860-792-7.

[6] Poynton, Charles (1998). "Luminancia, luma y la migración a DTV". poynton.ca . Consultado el 27 de octubre de 2023 .

[7] Poynton, Charles (2004). "Luminancia constante". poynton.ca . Consultado el 27 de octubre de 2023 .