Wysoki zakres dynamiki

Wysoki zakres dynamiki ( HDR ) to zakres dynamiki wyższy niż zwykle, synonimami są szeroki zakres dynamiki , rozszerzony zakres dynamiki , rozszerzony zakres dynamiki .

Termin ten jest często używany przy omawianiu zakresu dynamicznego różnych sygnałów, takich jak obrazy , wideo , audio lub radio . Może dotyczyć środków rejestrowania, przetwarzania i odtwarzania takich sygnałów, w tym sygnałów analogowych i cyfrowych .

Termin ten jest również nazwą niektórych technologii lub technik pozwalających na uzyskanie obrazu, wideo lub dźwięku o wysokim zakresie dynamicznym.

Obrazowanie

W tym kontekście termin wysoki zakres dynamiczny oznacza, że w scenie lub na obrazie występuje duża zmienność poziomów światła. Zakres dynamiczny odnosi się do zakresu jasności między najjaśniejszym a najciemniejszym obszarem tej sceny lub obrazu.

Obrazowanie o wysokim zakresie dynamicznym ( HDRI ) odnosi się do zestawu technologii i technik obrazowania , które pozwalają zwiększyć zakres dynamiczny obrazów lub filmów. Obejmuje pozyskiwanie, tworzenie, przechowywanie, dystrybucję i wyświetlanie obrazów i filmów.

Współczesne filmy były często kręcone aparatami o wyższym zakresie dynamicznym, a starsze filmy można konwertować, nawet jeśli w przypadku niektórych klatek konieczna byłaby ręczna interwencja (na przykład w przypadku konwersji filmów czarno-białych na kolorowe) ^{[ potrzebne źródło ]} . Ponadto efekty specjalne, zwłaszcza te, które łączą materiał rzeczywisty i syntetyczny, wymagają zarówno fotografowania w trybie HDR, jak i renderowania ^{[ potrzebne źródło ]} . Wideo HDR jest również potrzebne w aplikacjach wymagających dużej dokładności do rejestrowania czasowych aspektów zmian w scenie. Jest to ważne w monitorowaniu niektórych procesów przemysłowych, takich jak spawanie, w predykcyjnych systemach wspomagania kierowcy w przemyśle motoryzacyjnym, w nadzoru wideo i innych zastosowaniach.

Schwytać

W fotografii i wideografii technika, zwana potocznie wysokim zakresem dynamicznym ( HDR ), pozwala na zwiększenie zakresu dynamicznego przechwytywanych zdjęć i filmów poza natywne możliwości aparatu. Polega na przechwyceniu wielu klatek tej samej sceny, ale z różnymi ekspozycjami , a następnie połączeniu ich w jedną, w wyniku czego powstaje obraz o zakresie dynamicznym wyższym niż w przypadku pojedynczych klatek.

Niektóre czujniki w nowoczesnych telefonach i aparatach mogą nawet łączyć dwa obrazy na chipie. Pozwala to również użytkownikowi na bezpośredni dostęp do szerszego zakresu dynamicznego do wyświetlania lub przetwarzania bez kompresji w pikselach.

Niektóre kamery przeznaczone do zastosowań związanych z bezpieczeństwem mogą rejestrować filmy HDR, automatycznie dostarczając dwa lub więcej obrazów dla każdej klatki ze zmienną ekspozycją. Na przykład czujnik do wideo 30 klatek na sekundę da 60 klatek na sekundę z nieparzystymi klatkami przy krótkim czasie naświetlania i parzystymi klatkami przy dłuższym czasie naświetlania. ^{[ potrzebne źródło ]} .

Nowoczesne czujniki obrazu CMOS mogą często rejestrować obrazy o wysokim zakresie dynamicznym z pojedynczej ekspozycji. Zmniejsza to potrzebę stosowania techniki przechwytywania HDR z wieloma ekspozycjami.

Przechwycone obrazy o wysokim zakresie dynamicznym są wykorzystywane w zastosowaniach o ekstremalnym zakresie dynamicznym, takich jak spawanie lub prace motoryzacyjne. W kamerach bezpieczeństwa termin używany zamiast HDR to „szeroki zakres dynamiki”. ^{[ potrzebne źródło ]}

Ze względu na nieliniowość niektórych czujników artefakty obrazu mogą być powszechne. ^{[ potrzebne źródło ]}

Wykonanie

Renderowanie o wysokim zakresie dynamicznym (HDRR) to renderowanie i wyświetlanie środowisk wirtualnych w czasie rzeczywistym przy użyciu zakresu dynamicznego 65 535:1 lub wyższego (stosowanego w komputerach, grach i technologiach rozrywkowych).

Kompresja lub rozszerzenie zakresu dynamicznego

Technologie używane do przechowywania, przesyłania, wyświetlania i drukowania obrazów mają ograniczony zakres dynamiki. Gdy przechwycone lub utworzone obrazy mają wyższy zakres dynamiczny, muszą zostać poddane mapowaniu tonalnemu w celu zmniejszenia tego zakresu dynamicznego. ^{[ potrzebne źródło ]}

Składowanie

Formaty o wysokim zakresie dynamicznym dla plików graficznych i wideo są w stanie przechowywać większy zakres dynamiczny niż tradycyjne 8-bitowe formaty gamma . Te formaty obejmują:

Formaty, które są używane wyłącznie do celów przechowywania, takie jak:
- Surowe formaty obrazów
- Formaty korzystające z liniowej funkcji transferu z dużą głębią bitową
- Formaty korzystające z logarytmicznej funkcji transferu
- OpenEXR
- asy
Formaty HDR , których można używać zarówno do przechowywania, jak i przesyłania na wyświetlacze, takie jak:
- HDR10
- HDR10+
- Dolby Vision
- HLG

OpenEXR został stworzony w 1999 roku przez Industrial Light & Magic (ILM) i wydany w 2003 roku jako biblioteka oprogramowania typu open source . OpenEXR jest używany do filmowych i telewizyjnych .

Academy Color Encoding System (ACES) został stworzony przez Academy of Motion Picture Arts and Sciences i wprowadzony na rynek w grudniu 2014 roku. ACES to kompletny system zarządzania kolorami i plikami, który współpracuje z prawie każdym profesjonalnym przepływem pracy i obsługuje zarówno HDR, jak i szeroką gamę kolorów . Więcej informacji można znaleźć na stronie https://www.ACESCentral.com (WCG).

Transmisja do wyświetlaczy

High dynamic range (HDR) to także potoczna nazwa technologii umożliwiającej przesyłanie filmów i obrazów o wysokim zakresie dynamicznym do kompatybilnych wyświetlaczy. Technologia ta poprawia również inne aspekty przesyłanych obrazów, takie jak gama kolorów .

W tym kontekście,

Wyświetlacze HDR to wyświetlacze zgodne z tą technologią.
Formaty HDR odnoszą się do formatów takich jak HDR10 , HDR10+ , Dolby Vision i HLG .
Wideo HDR odnosi się do wideo zakodowanego w formacie HDR. Te filmy HDR mają większą głębię bitową, luminancję i intensywność kolorów niż ze standardowym zakresem dynamicznym (SDR), które wykorzystuje konwencjonalną krzywą gamma .

4 stycznia 2016 r. Ultra HD Alliance ogłosiło wymagania certyfikacyjne dotyczące wyświetlacza HDR. Wyświetlacz HDR musi mieć jasność szczytową powyżej 1000 cd/m2 ⁱ poziom czerni poniżej 0,05 cd/m2 ⁽ współczynnik kontrastu co najmniej 20 000 : 1) albo jasność szczytową powyżej 540 cd/m2 ⁱ poziom czerni mniejszy niż 0,0005 cd/m2 ⁽ współczynnik kontrastu co najmniej 1 080 000:1). Te dwie opcje pozwalają na różne typy wyświetlaczy HDR, takie jak LCD i OLED .

Niektóre opcje korzystania z funkcji transferu HDR , które lepiej pasują do ludzkiego układu wzrokowego , inne niż konwencjonalna krzywa gamma, obejmują HLG i kwantyzator percepcyjny (PQ). HLG i PQ wymagają głębi bitowej 10 bitów na próbkę.

Wyświetlacz

Zakres dynamiczny wyświetlacza odnosi się do zakresu jasności , jaki może odtworzyć wyświetlacz, od poziomu czerni do maksymalnej jasności. ^{[ Potrzebne źródło ]} Kontrast wyświetlacza odnosi się do stosunku między luminancją najjaśniejszej bieli i najciemniejszej czerni, jaką może wytworzyć monitor. Wiele technologii pozwoliło zwiększyć zakres dynamiczny wyświetlaczy.

W maju 2003 r. firma BrightSide Technologies zademonstrowała pierwszy wyświetlacz HDR na sympozjum Display Week organizowanym przez Society for Information Display . Wyświetlacz wykorzystywał szereg indywidualnie sterowanych diod LED za konwencjonalnym panelem LCD w konfiguracji znanej dziś jako „ lokalne przyciemnianie ”. Firma BrightSide wprowadziła później różne powiązane technologie wyświetlania i wideo umożliwiające wizualizację treści HDR. W kwietniu 2007 firma BrightSide Technologies została przejęta przez Dolby Laboratories .

Wyświetlacze OLED charakteryzują się wysokim kontrastem. MiniLED poprawia kontrast. ^{[ potrzebne źródło ]}

Audio

W audio termin „ wysoki zakres dynamiki” oznacza duże zróżnicowanie poziomów dźwięku. W tym przypadku zakres dynamiczny odnosi się do zakresu między najwyższą a najniższą głośnością dźwięku.

XDR (audio) służy do zapewnienia wyższej jakości dźwięku podczas korzystania z mikrofonowych systemów dźwiękowych lub nagrywania na kasety magnetofonowe.

HDR Audio to dynamiczna technika miksowania używana w EA Digital Illusions CE Frostbite Engine , która pozwala relatywnie głośniejszym dźwiękom zagłuszać cichsze dźwięki.

Kompresja zakresu dynamicznego to zestaw technik stosowanych w nagrywaniu i komunikacji audio w celu przesyłania materiału o wysokim zakresie dynamicznym przez kanały lub media o niższym zakresie dynamicznym. Opcjonalnie rozszerzenie zakresu dynamiki jest używane do przywrócenia oryginalnego wysokiego zakresu dynamiki podczas odtwarzania.

Radio

W radiu wysoki zakres dynamiczny jest ważny zwłaszcza wtedy, gdy występują potencjalnie zakłócające sygnały. Miary, takie jak zakres dynamiczny wolny od zakłóceń, są wykorzystywane do ilościowego określania zakresu dynamicznego różnych elementów systemu, takich jak syntezatory częstotliwości. Koncepcje HDR są ważne zarówno w radiotelefonów konwencjonalnych, jak i definiowanych programowo .

Oprzyrządowanie

W wielu dziedzinach instrumenty muszą mieć bardzo wysoki zakres dynamiczny. Na przykład w sejsmologii potrzebne są akcelerometry HDR, jak w instrumentach ICEARRAY .

Wizja HDR w czasie rzeczywistym

Przyłbica spawalnicza Mann HDR (wysoki zakres dynamiki) wzmacnia obraz w ciemnych obszarach i pomniejsza go w jasnych obszarach, realizując w ten sposób rzeczywistość zapośredniczoną komputerowo .

W latach 70. i 80. Steve Mann wynalazł „Cyfrowe okulary do oczu” Generacji 1 i 2 jako pomoc w widzeniu, aby pomóc ludziom lepiej widzieć, a niektóre wersje zostały wbudowane w przyłbice spawalnicze zapewniające widzenie HDR. Society Magazine 31(3) oraz materiał uzupełniający zatytułowany „GlassEyes”.

Zobacz też

Rekord 2100 — Zalecenie ITU-R dotyczące HDR
Ultra HD Forum – Organizacja, która stworzyła standardy dla HDR
Przestrzeń kolorów
Gradacja kolorów

Linki zewnętrzne

„High Dynamic Range (HDR) w grafice Intel” (PDF) . Korporacja intelektualna. listopad 2017 r.