Высокий динамический диапазон

Высокий динамический диапазон ( HDR ), также известный как широкий динамический диапазон , расширенный динамический диапазон или расширенный динамический диапазон , представляет собой сигнал с более высоким динамическим диапазоном , чем обычно.

Этот термин часто используется при обсуждении динамических диапазонов изображений , видео , аудио или радио . Это также может применяться к средствам записи, обработки и воспроизведения таких сигналов, включая аналоговые и цифровые сигналы . ^[1]

Визуализация

В этом контексте термин « высокий динамический диапазон» означает, что уровни освещенности в сцене или изображении сильно варьируются. Динамический диапазон относится к диапазону яркости между самой яркой и самой темной областью сцены или изображения.

Визуализация с высоким динамическим диапазоном ( HDRI ) относится к набору технологий и методов обработки изображений, которые позволяют увеличить динамический диапазон изображений или видео. Он охватывает приобретение, создание, хранение, распространение и отображение изображений и видео. ^[2]

Современные фильмы часто снимались камерами с более широким динамическим диапазоном, а устаревшие фильмы можно конвертировать, даже если для некоторых кадров потребуется ручное вмешательство (например, когда черно-белые фильмы преобразуются в цветные). ^{[ нужна ссылка ]} Кроме того, специальные эффекты, особенно те, которые смешивают реальные и синтетические кадры, требуют как съемки HDR, так и рендеринга . ^{[ нужна ссылка ]} HDR-видео также необходимо в приложениях, требующих высокой точности для фиксации временных аспектов изменений в сцене. Это важно при мониторинге некоторых промышленных процессов, таких как сварка, в системах прогнозируемой помощи водителю в автомобильной промышленности, в системах видеонаблюдения и других приложениях.

Захватывать

В фотографии и видеосъемке метод, обычно называемый расширенным динамическим диапазоном ( HDR ), позволяет захватывать динамический диапазон фотографий и видео, выходящий за пределы собственных возможностей камеры. Он состоит из съемки нескольких кадров одной и той же сцены, но с разной экспозицией , а затем объединения их в один, в результате чего получается изображение с более высоким динамическим диапазоном, чем у отдельных кадров. ^[3]^[4]

Некоторые датчики современных телефонов и камер могут даже объединять два изображения на кристалле. Это также позволяет пользователю напрямую получать более широкий динамический диапазон для отображения или обработки без внутрипиксельного сжатия.

Некоторые камеры, предназначенные для использования в приложениях безопасности, могут снимать HDR-видео, автоматически предоставляя два или более изображения для каждого кадра с изменяющейся экспозицией. Например, датчик для видео со скоростью 30 кадров в секунду будет выдавать 60 кадров в секунду с нечетными кадрами при короткой выдержке и четными кадрами при более длинной выдержке. ^{[ нужна ссылка ]}

Современные CMOS- датчики изображения часто могут захватывать изображения с широким динамическим диапазоном за одну экспозицию. ^[5] Это уменьшает необходимость использования техники захвата HDR с несколькими экспозициями.

Изображения с высоким динамическим диапазоном используются в приложениях с экстремальным динамическим диапазоном, таких как сварка или автомобильные работы. В камерах видеонаблюдения вместо HDR используется термин «широкий динамический диапазон». ^{[ нужна ссылка ]}

Из-за нелинейности некоторых датчиков могут возникать артефакты изображения. ^{[ нужна ссылка ]}

Рендеринг

Рендеринг с расширенным динамическим диапазоном (HDRR) — это рендеринг и отображение виртуальных сред в реальном времени с использованием динамического диапазона 65 535:1 или выше (используется в компьютерных, игровых и развлекательных технологиях). ^[6]

Сжатие или расширение динамического диапазона

Технологии, используемые для хранения, передачи, отображения и печати изображений, имеют ограниченный динамический диапазон. Если захваченные или созданные изображения имеют более высокий динамический диапазон, к ним необходимо применить тональную компрессию , чтобы уменьшить этот динамический диапазон. ^{[ нужна ссылка ]}

Хранилище

Форматы с расширенным динамическим диапазоном для изображений и видеофайлов способны хранить больший динамический диапазон, чем традиционные 8-битной гаммы форматы . Эти форматы включают в себя:

Форматы, которые используются только для хранения, например:
- Необработанные форматы изображений
- Форматы, использующие линейную передаточную функцию с высокой разрядностью.
- Форматы, использующие логарифмическую передаточную функцию
- OpenEXR
- ТУЗЫ
Форматы HDR , которые можно использовать как для хранения, так и для передачи на дисплеи, например:
- HDR10
- HDR10+
- Долби Видение
- ГВУ
- Подходы к карте усиления, которые добавляют слой преобразования поверх данных SDR. Результат обратно совместим.
  - ISO/AWI 21496 Карта усиления , унификация, разработанная на основе предложений Apple и Adobe. ^[7]
  - Apple EDR, используется в macOS и iOS. 1 канал усиления. ^[8]
  - Adobe Gain Map, изображение карты усиления в файле изображения JPEG , обратно совместимое с дисплеями SDR; ^[9] используется Android под названием Ultra HDR. ^[10] Поддерживает усиление на 1 или 3 каналах. ^[9]

OpenEXR был создан в 1999 году компанией Industrial Light & Magic (ILM) и выпущен в 2003 году как с открытым исходным кодом библиотека программного обеспечения . ^[11]^[12] OpenEXR используется для кино- и телепроизводства . ^[12]

Система кодирования цвета Академии (ACES) была создана Академией кинематографических искусств и наук и выпущена в декабре 2014 года. ^[13] ACES — это полноценная система управления цветом и файлами, которая работает практически с любым профессиональным рабочим процессом и поддерживает как HDR, так и широкую цветовую гамму . ^[13]

Трансляция на дисплеи

Высокий динамический диапазон (HDR) — это также общее название технологии, позволяющей передавать видео и изображения с расширенным динамическим диапазоном на совместимые дисплеи. Эта технология также улучшает другие аспекты передаваемых изображений, например цветовую гамму .

В этом контексте

Под дисплеями HDR подразумеваются дисплеи, совместимые с этой технологией.
К форматам HDR относятся такие форматы, как HDR10 , HDR10+ , Dolby Vision и HLG .
HDR-видео — это видео, закодированное в формате HDR. Это HDR-видео имеет большую битовую глубину, яркость и цветовой объем, чем видео со стандартным динамическим диапазоном (SDR), в котором используется обычная гамма-кривая . ^[14]

4 января 2016 года Ultra HD Alliance объявил о своих требованиях к сертификации HDR-дисплеев. ^[15]^[16] HDR-дисплей должен иметь пиковую яркость более 1000 кд/м. ² и уровень черного менее 0,05 кд/м ² ( коэффициент контрастности не менее 20 000:1) или пиковая яркость более 540 кд/м ² и уровень черного менее 0,0005 кд/м ² (коэффициент контрастности не менее 1 080 000:1). ^[15]^[16] Эти два варианта позволяют использовать различные типы HDR-дисплеев, такие как LCD и OLED . ^[16]

Некоторые варианты использования функций передачи HDR , которые лучше соответствуют зрительной системе человека , помимо обычной гамма-кривой, включают HLG и квантователь восприятия (PQ). ^[14]^[17]^[18] HLG и PQ требуют битовой глубины 10 бит на выборку. ^[14]^[17]

Отображать

Динамический диапазон дисплея — это диапазон яркости, которую может воспроизводить дисплей, от уровня черного до максимальной яркости. ^{[ нужна ссылка ]} Контрастность дисплея — это соотношение яркости самого яркого белого и самого темного черного цвета, которое может воспроизвести монитор. ^[19] Несколько технологий позволили увеличить динамический диапазон дисплеев.

В мае 2003 года BrightSide Technologies продемонстрировала первый HDR-дисплей на симпозиуме Display Week Общества информационных дисплеев . В дисплее использовался массив индивидуально управляемых светодиодов за обычной ЖК-панелью в конфигурации, известной как « локальное затемнение ». Позже BrightSide представила множество связанных технологий отображения и видео, позволяющих визуализировать HDR-контент. ^[20] В апреле 2007 года BrightSide Technologies была приобретена Dolby Laboratories . ^[21]

OLED- дисплеи обладают высокой контрастностью. MiniLED улучшает контрастность. ^{[ нужна ссылка ]}

HDR-видение в реальном времени

В 1970-х и 1980-х годах Стив Манн изобрел «цифровые очки для глаз» поколений 1 и 2 в качестве средства зрения, помогающего людям лучше видеть, а некоторые версии были встроены в сварочные шлемы для HDR-видения. ^[22]^[23]^[24]^[25]^[26]^[27]

Без визуализации

Аудио

В аудио термин « высокий динамический диапазон» означает, что уровни звука сильно различаются. Здесь динамический диапазон относится к диапазону между максимальной и минимальной громкостью звука.

XDR (аудио) используется для обеспечения более высокого качества звука при использовании микрофонных звуковых систем или записи на кассеты.

HDR Audio — это метод динамического микширования, используемый в EA Digital Illusions CE Frostbite Engine, позволяющий относительно громким звукам заглушать более тихие звуки. ^[28]

Сжатие динамического диапазона — это набор методов, используемых в аудиозаписи и связи для передачи материала с расширенным динамическим диапазоном через каналы или носители с более низким динамическим диапазоном. При желании расширение динамического диапазона используется для восстановления исходного высокого динамического диапазона при воспроизведении.

Радио

В радиосвязи важен высокий динамический диапазон, особенно при наличии потенциально мешающих сигналов. Такие меры, как динамический диапазон без паразитных помех, используются для количественной оценки динамического диапазона различных компонентов системы, таких как синтезаторы частот. Концепции HDR важны как для традиционных, так и для программно-конфигурируемых радиоустройств .

Инструментарий

Во многих областях инструменты должны иметь очень широкий динамический диапазон. Например, в сейсмологии нужны HDR-акселерометры, как в инструментах ICEARRAY .

См. также

Рек. 2100 – Рекомендация МСЭ-R по HDR
Ultra HD Forum - Организация, создавшая стандарты HDR.
Цветовое пространство
Цветокоррекция

Ссылки

^ Робертсон, Марк А.; Борман, Шон; Стивенсон, Роберт Л. (апрель 2003 г.). «Теоретико-оценочный подход к расширению динамического диапазона с использованием многократной экспозиции». Журнал электронных изображений . 12 (2): 220, правый столбец, строка 26219–228. Бибкод : 2003JEI....12..219R . дои : 10.1117/1.1557695 . Первый отчет о цифровом объединении нескольких изображений одной и той же сцены для улучшения динамического диапазона, по-видимому, был опубликован Манном.
^ Дюфо, Фредерик; Ле Калле, Патрик; Мантюк, Рафаль; Мрак, Марта (2016). Видео с расширенным динамическим диапазоном – от сбора данных до отображения и применения . Эльзевир. дои : 10.1016/C2014-0-03232-7 . ISBN 978-0-08-100412-8 .
^ «Составление нескольких изображений одной и той же сцены», Стив Манн, на 46-й ежегодной конференции IS&T, Кембридж, Массачусетс, 9–14 мая 1993 г.
^ Рейнхард, Эрик; Уорд, Грег; Паттанаик, Суманта; Дебевец, Пол (2005). Визуализация с высоким динамическим диапазоном: сбор данных, отображение и освещение на основе изображения . Амстердам: Эльзевир/Морган Кауфманн. п. 7. ISBN 978-0-12-585263-0 . Изображения, хранящие изображение сцены в диапазоне интенсивностей, соизмеримом со сценой, — это то, что мы называем HDR, или «картами яркости». С другой стороны, мы называем изображения, подходящие для отображения с помощью современной технологии отображения, LDR.
^ Арно Дармон (2012). Визуализация с расширенным динамическим диапазоном: датчики и архитектуры (первое изд.). Пресс-служба СПАЙ. ISBN 978-0-81948-830-5 .
^ Саймон Грин и Джем Чебеноян (2004). «Рендеринг в расширенном динамическом диапазоне (на GeForce 6800)» (PDF) . GeForce 6 Серия . нВидиа. п. 3.
^ Чан, Эрик (Adobe); Хьюбел, Пол М. (Apple) (январь 2023 г.). Встроенные карты усиления для адаптивного отображения изображений с расширенным динамическим диапазоном . Стереоскопические дисплеи и приложения XXXIV.
^ «Эппл «EDR» обеспечивает расширенный динамический диапазон для дисплеев без HDR» . Пролост . 4 декабря 2020 г.
^ Jump up to: ^а ^б Чан, Эрик. «Карты усиления, версия 1.0, черновик 14» (PDF) . 7 октября 2023 г. . Проверено 20 июня 2024 г.
^ «Формат изображения Ultra HDR v1.0» . Android-разработчики . Проверено 19 декабря 2023 г.
^ «Industrial Light & Magic выпускает собственный формат файла изображения OpenEXR с расширенным динамическим диапазоном для сообщества открытого исходного кода» (PDF) (пресс-релиз). 22 января 2003 г. Архивировано из оригинала (PDF) 21 июля 2017 г. . Проверено 27 июля 2016 г.
^ Jump up to: ^а ^б «Основной веб-сайт OpenEXR» . Архивировано из оригинала 16 января 2013 года . Проверено 27 июля 2016 г.
^ Jump up to: ^а ^б «АСЕС» . Академия кинематографических искусств и наук. Архивировано из оригинала 1 августа 2016 года . Проверено 29 июля 2016 г.
^ Jump up to: ^а ^б ^с Т. Борер; А. Коттон. «Телевизионная система с широким динамическим диапазоном, независимая от дисплея» (PDF) . Би-би-си . Проверено 1 ноября 2015 г.
^ Jump up to: ^а ^б «UHD Alliance определяет качество домашних развлечений премиум-класса» . Деловой провод . 04.01.2016 . Проверено 24 июля 2016 г.
^ Jump up to: ^а ^б ^с «Что такое сертификат UHD Alliance Premium?» . CNET . 11 марта 2016 г. Проверено 24 июля 2016 г.
^ Jump up to: ^а ^б Адам Уилт (20 февраля 2014 г.). «HPA Tech Retreat 2014 – День 4» . Информационная сеть ДВ . Проверено 5 ноября 2014 г.
^ Брайант Фрейзер (9 июня 2015 г.). «Колорист Стивен Накамура об оценке «Земли будущего» в HDR» . студияежедневно . Проверено 21 сентября 2015 г.
^ «Тестирование качества изображения на нашем мониторе: контрастность» . RTINGS.com . Проверено 29 декабря 2021 г.
^ Зитцен, Хельге; Уайтхед, Лорн А.; Уорд, Грег (2003). «54.2: Отображение с расширенным динамическим диапазоном с использованием модуляторов низкого и высокого разрешения» . Сборник технических документов симпозиума SID . 34 (1): 1450–1453. дои : 10.1889/1.1832558 . ISSN 2168-0159 . S2CID 15359222 .
^ «Dolby Laboratories (DLB) приобретает BrightSide за 28 миллионов долларов» . StreetInsider.com . Проверено 17 августа 2021 г. .
^ Квантиграфическая камера обещает HDR-зрение от отца AR, Крис Дэвис, SlashGear, 12 сентября 2012 г.
^ Акерман, Элиза (31 декабря 2012 г.). «Почему умные очки не сделают вас умнее» . IEEE-спектр . Проверено 1 января 2017 г.
^ Манн, Стив (февраль 1997 г.). «Носимые компьютеры: первый шаг к созданию персональных изображений» . IEEE-компьютер . 30 (2): 25–32. дои : 10.1109/2.566147 . S2CID 28001657 .
^ «Волшебный сварочный шлем, который позволяет вам видеть мир в формате HDR в реальном времени» . Архивировано из оригинала 28 марта 2016 г. Проверено 24 марта 2018 г.
^ Манн, Стив (осень 2012 г.). «Сквозь стекло, слегка» . Журнал IEEE Technology and Society . 31 (3): 10–14. дои : 10.1109/МТС.2012.2216592 .
^ « GlassEyes: Теория цифровых очков EyeTap, дополнительный материал к книге «Сквозь стекло, с легкостью» » (PDF) . Журнал IEEE Technology and Society . 31 (3). Осень 2012.
^ EA DICE/Electronic Arts (2007). «Battlefield: Bad Company — трейлер Frostbite Engine» (видео) . Электронное искусство. Архивировано из оригинала 22 декабря 2021 г.

Внешние ссылки

«Расширенный динамический диапазон (HDR) на графике Intel» (PDF) . Корпорация Интел. Ноябрь 2017.

[1] Робертсон, Марк А.; Борман, Шон; Стивенсон, Роберт Л. (апрель 2003 г.). «Теоретико-оценочный подход к расширению динамического диапазона с использованием многократной экспозиции». Журнал электронных изображений . 12 (2): 220, правый столбец, строка 26219–228. Бибкод : 2003JEI....12..219R . дои : 10.1117/1.1557695 . Первый отчет о цифровом объединении нескольких изображений одной и той же сцены для улучшения динамического диапазона, по-видимому, был опубликован Манном.

[2] Дюфо, Фредерик; Ле Калле, Патрик; Мантюк, Рафаль; Мрак, Марта (2016). Видео с расширенным динамическим диапазоном – от сбора данных до отображения и применения . Эльзевир. дои : 10.1016/C2014-0-03232-7 . ISBN 978-0-08-100412-8 .

[mann1993-3] «Составление нескольких изображений одной и той же сцены», Стив Манн, на 46-й ежегодной конференции IS&T, Кембридж, Массачусетс, 9–14 мая 1993 г.

[:0-4] Рейнхард, Эрик; Уорд, Грег; Паттанаик, Суманта; Дебевец, Пол (2005). Визуализация с высоким динамическим диапазоном: сбор данных, отображение и освещение на основе изображения . Амстердам: Эльзевир/Морган Кауфманн. п. 7. ISBN 978-0-12-585263-0 . Изображения, хранящие изображение сцены в диапазоне интенсивностей, соизмеримом со сценой, — это то, что мы называем HDR, или «картами яркости». С другой стороны, мы называем изображения, подходящие для отображения с помощью современной технологии отображения, LDR.

[:1-5] Арно Дармон (2012). Визуализация с расширенным динамическим диапазоном: датчики и архитектуры (первое изд.). Пресс-служба СПАЙ. ISBN 978-0-81948-830-5 .

[6800_Leagues_HDR-6] Саймон Грин и Джем Чебеноян (2004). «Рендеринг в расширенном динамическом диапазоне (на GeForce 6800)» (PDF) . GeForce 6 Серия . нВидиа. п. 3.

[7] Чан, Эрик (Adobe); Хьюбел, Пол М. (Apple) (январь 2023 г.). Встроенные карты усиления для адаптивного отображения изображений с расширенным динамическим диапазоном . Стереоскопические дисплеи и приложения XXXIV.

[8] «Эппл «EDR» обеспечивает расширенный динамический диапазон для дисплеев без HDR» . Пролост . 4 декабря 2020 г.

[adobegm-9] Jump up to: ^а ^б Чан, Эрик. «Карты усиления, версия 1.0, черновик 14» (PDF) . 7 октября 2023 г. . Проверено 20 июня 2024 г.

[10] «Формат изображения Ultra HDR v1.0» . Android-разработчики . Проверено 19 декабря 2023 г.

[11] «Industrial Light & Magic выпускает собственный формат файла изображения OpenEXR с расширенным динамическим диапазоном для сообщества открытого исходного кода» (PDF) (пресс-релиз). 22 января 2003 г. Архивировано из оригинала (PDF) 21 июля 2017 г. . Проверено 27 июля 2016 г.

[OpenEXRdotCom-12] Jump up to: ^а ^б «Основной веб-сайт OpenEXR» . Архивировано из оригинала 16 января 2013 года . Проверено 27 июля 2016 г.

[ACESOverviewDecember2014ACES-13] Jump up to: ^а ^б «АСЕС» . Академия кинематографических искусств и наук. Архивировано из оригинала 1 августа 2016 года . Проверено 29 июля 2016 г.

[DisplayHDR2015BBC-14] Jump up to: ^а ^б ^с Т. Борер; А. Коттон. «Телевизионная система с широким динамическим диапазоном, независимая от дисплея» (PDF) . Би-би-си . Проверено 1 ноября 2015 г.

[UltraHDRJanuary2016BusinessWire-15] Jump up to: ^а ^б «UHD Alliance определяет качество домашних развлечений премиум-класса» . Деловой провод . 04.01.2016 . Проверено 24 июля 2016 г.

[UltraHDRJanuary2016CNet-16] Jump up to: ^а ^б ^с «Что такое сертификат UHD Alliance Premium?» . CNET . 11 марта 2016 г. Проверено 24 июля 2016 г.

[HPATechFebruary2014-17] Jump up to: ^а ^б Адам Уилт (20 февраля 2014 г.). «HPA Tech Retreat 2014 – День 4» . Информационная сеть ДВ . Проверено 5 ноября 2014 г.

[GradingHDR2015studiodaily-18] Брайант Фрейзер (9 июня 2015 г.). «Колорист Стивен Накамура об оценке «Земли будущего» в HDR» . студияежедневно . Проверено 21 сентября 2015 г.

[19] «Тестирование качества изображения на нашем мониторе: контрастность» . RTINGS.com . Проверено 29 декабря 2021 г.

[20] Зитцен, Хельге; Уайтхед, Лорн А.; Уорд, Грег (2003). «54.2: Отображение с расширенным динамическим диапазоном с использованием модуляторов низкого и высокого разрешения» . Сборник технических документов симпозиума SID . 34 (1): 1450–1453. дои : 10.1889/1.1832558 . ISSN 2168-0159 . S2CID 15359222 .

[21] «Dolby Laboratories (DLB) приобретает BrightSide за 28 миллионов долларов» . StreetInsider.com . Проверено 17 августа 2021 г. .

[22] Квантиграфическая камера обещает HDR-зрение от отца AR, Крис Дэвис, SlashGear, 12 сентября 2012 г.

[IEEE-Spectrum-23] Акерман, Элиза (31 декабря 2012 г.). «Почему умные очки не сделают вас умнее» . IEEE-спектр . Проверено 1 января 2017 г.

[24] Манн, Стив (февраль 1997 г.). «Носимые компьютеры: первый шаг к созданию персональных изображений» . IEEE-компьютер . 30 (2): 25–32. дои : 10.1109/2.566147 . S2CID 28001657 .

[25] «Волшебный сварочный шлем, который позволяет вам видеть мир в формате HDR в реальном времени» . Архивировано из оригинала 28 марта 2016 г. Проверено 24 марта 2018 г.

[26] Манн, Стив (осень 2012 г.). «Сквозь стекло, слегка» . Журнал IEEE Technology and Society . 31 (3): 10–14. дои : 10.1109/МТС.2012.2216592 .

[27] « GlassEyes: Теория цифровых очков EyeTap, дополнительный материал к книге «Сквозь стекло, с легкостью» » (PDF) . Журнал IEEE Technology and Society . 31 (3). Осень 2012.

[FrostbiteEngineTrailer-28] EA DICE/Electronic Arts (2007). «Battlefield: Bad Company — трейлер Frostbite Engine» (видео) . Электронное искусство. Архивировано из оригинала 22 декабря 2021 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]

[21]

[22]

[23]

[24]

[25]

[26]

[27]

[28]