Высокий динамический диапазон ( HDR ) - это более высокий динамический диапазон, чем обычно. Этот термин часто используется при обсуждении устройств отображения , фотографии , 3D-рендеринга и записи звука, включая создание цифровых изображений и производство цифрового звука . Термин может применяться к аналоговому или оцифрованному сигналу или к средствам записи, обработки и воспроизведения таких сигналов. [1]
Визуализация
Визуализация с расширенным динамическим диапазоном ( HDRI ) относится к получению, созданию, хранению, распространению или отображению изображений и видео, которые имеют более высокий динамический диапазон, чем традиционные изображения и видео. [2] Это можно сделать с помощью техники HDR-фотографии , с использованием камер, которые изначально имеют высокий динамический диапазон, или с помощью компьютеров (например, с использованием HDR-рендеринга ). Полученное изображение можно сохранить в традиционном формате изображения и видео или в формате с расширенным динамическим диапазоном . Его также можно использовать для традиционных дисплеев SDR или для дисплеев HDR .
Захват и создание
Техника фотосъемки
В фотографии и видеографии , High Dynamic Range ( HDR ) представляет собой метод , используемый для увеличения динамического диапазона захваченного фото и видео. Он состоит из захвата нескольких кадров одной и той же сцены, но с разной экспозицией, а затем их объединения в один, что приводит к более высокому динамическому диапазону, чем у отдельных захваченных кадров.
Он включает в себя композицию и отображение тонов изображений, чтобы расширить динамический диапазон за пределы собственных возможностей устройства захвата. [3] [4]
Датчики
Современные датчики изображения CMOS часто могут захватывать широкий динамический диапазон за одну экспозицию. Широкий динамический диапазон захваченного изображения нелинейно сжимается в электронное представление с меньшим динамическим диапазоном. [5] Однако при правильной обработке информацию о единственной экспозиции можно использовать для создания HDR-изображения.
Такое изображение HDR используется в приложениях с экстремальным динамическим диапазоном, таких как сварка или автомобильные работы. В камерах видеонаблюдения вместо HDR используется термин «широкий динамический диапазон». Из-за нелинейности некоторых датчиков на изображении могут возникать артефакты. Некоторые другие камеры, предназначенные для использования в приложениях безопасности, могут автоматически предоставлять два или более изображений для каждого кадра с изменением экспозиции [ необходима ссылка ] . Например, датчик для видео со скоростью 30 кадров в секунду будет выдавать 60 кадров в секунду с нечетными кадрами при коротком времени экспозиции и четными кадрами при более длительном времени экспозиции. Некоторые датчики на современных телефонах и камерах могут даже комбинировать два изображения на кристалле, так что более широкий динамический диапазон без сжатия в пикселях напрямую доступен пользователю для отображения или обработки [ необходима цитата ] .
Рендеринг
Рендеринг с расширенным динамическим диапазоном ( HDRR или HDR-рендеринг ) - это способ рендеринга компьютерных изображений с высоким динамическим диапазоном .
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]
Место хранения
Термин формат высокого динамического диапазона обозначает форматы файлов изображений и видео, которые могут хранить больший динамический диапазон, чем традиционные 8-битные форматы гаммы .
Это включает в себя:
- Форматы хранения, такие как необработанные форматы , форматы, использующие линейную передаточную функцию с высокой битовой глубиной или логарифмическую передаточную функцию.
- Форматы HDR для дисплеев HDR, такие как HDR10 , HDR10 + , Dolby Vision и HLG .
Распространение и отображение
Дисплеи с расширенным динамическим диапазоном ( дисплеи HDR ) - это дисплеи, совместимые с первыми форматами HDR, такими как HDR10 , HDR10 + , Dolby Vision и HLG .
HDR-видео относится к видеосигналу с большей битовой глубиной, яркостью и цветовым объемом, чем видео со стандартным динамическим диапазоном ( SDR ), в котором используется обычная гамма-кривая . [7]
4 января 2016 года Ultra HD Alliance объявил о своих требованиях к сертификации HDR-дисплеев. [8] [9] HDR-дисплей должен иметь максимальную яркость более 1000 кд / м 2 и уровень черного менее 0,05 кд / м 2 (коэффициент контрастности не менее 20 000: 1) или пиковую яркость более 540 кд / м 2 и уровень черного менее 0,0005 кд / м 2 (коэффициент контрастности не менее 1 080 000: 1). [8] [9] Эти две опции позволяют использовать различные типы дисплеев HDR, такие как LCD и OLED . [9]
Некоторые варианты использования функций передачи HDR, которые лучше соответствуют зрительной системе человека, кроме традиционной гамма-кривой, включают гибридную логарифмическую гамму (HLG) и перцепционный квантователь (PQ). [7] [10] [11] Для HLG и PQ требуется битовая глубина 10 бит на выборку. [7] [10]
Аудио
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 более громким звукам заглушать более мягкие звуки. [12]
Сжатие динамического диапазона - это набор методов, используемых при записи звука и коммуникации для передачи материала с высоким динамическим диапазоном через каналы или носители с более низким динамическим диапазоном. По желанию, расширение динамического диапазона используется для восстановления исходного высокого динамического диапазона при воспроизведении.
Радио
В радио важен высокий динамический диапазон, особенно при наличии потенциально мешающих сигналов. Такие показатели, как динамический диапазон без паразитных составляющих , используются для количественной оценки динамического диапазона различных компонентов системы, таких как синтезаторы частот. Концепции HDR важны как при проектировании обычных, так и программно определяемых радиостанций .
Приборы
Во многих областях инструменты должны иметь очень высокий динамический диапазон. Например, в сейсмологии нужны акселерометры HDR, как в приборах ICEARRAY .
HDR видение в реальном времени
В 1970-х и 1980-х годах Стив Манн изобрел «Цифровые очки для глаз» 1-го и 2-го поколения в качестве вспомогательного средства зрения, чтобы помочь людям лучше видеть, причем некоторые версии были встроены в сварочные шлемы для HDR-зрения [13] [14] [15] [16] См. Также журнал IEEE Technology and Society Magazine 31 (3) [17] и дополнительный материал под названием «GlassEyes». [18]
Смотрите также
- Рек. 2100 - Рекомендация ITU-R для HDR
- Форум Ultra HD - организация, разработавшая стандарты HDR.
Рекомендации
- ^ Робертсон, Марк А .; Борман, Шон; Стивенсон, Роберт Л. (апрель 2003 г.). «Теоретико-оценочный подход к расширению динамического диапазона с использованием многократных экспозиций». Журнал электронного изображения . 12 (2): 220, правый столбец, строки 26219–228. DOI : 10.1117 / 1.1557695 .
Первый отчет о цифровом объединении нескольких изображений одной и той же сцены для улучшения динамического диапазона, по-видимому, принадлежит Манн.
- ^ Фредерик Дюфо, Патрик Ле Калле, Рафал Мантюк, Марта Мрак (2016). Видео с широким динамическим диапазоном - от захвата до отображения и приложений . DOI : 10.1016 / C2014-0-03232-7 . ISBN 978-0-08-100412-8.CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
- ^ «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: получение, отображение и освещение на основе изображения . Амстердам: Эльзевир / Морган Кауфманн. п. 7. ISBN 978-0-12-585263-0.
Изображения, которые хранят изображение сцены в диапазоне яркости, соизмеримом со сценой, - это то, что мы называем HDR или «картами яркости». С другой стороны, мы называем изображения подходящими для отображения с помощью современной технологии отображения LDR.
- ^ Арно Дармон (2012). Визуализация с высоким динамическим диапазоном: датчики и архитектуры (Первое изд.). SPIE пресс. ISBN 978-0-81948-830-5.
- ^ Саймон Грин и Джем Чебеноян (2004). «Рендеринг с расширенным динамическим диапазоном (на GeForce 6800)» (PDF) . GeForce 6 серии . nVidia. п. 3.
- ^ а б в Т. Борер; А. Хлопок. "A" Независимая от дисплея "Телевизионная система с широким динамическим диапазоном" (PDF) . BBC . Проверено 1 ноября 2015 .
- ^ а б «Альянс UHD определяет качество домашних развлечений премиум-класса» . Деловой провод . 2016-01-04 . Проверено 24 июля 2016 .
- ^ а б в «Что такое сертификация UHD Alliance Premium?» . CNET . 2016-03-11 . Проверено 24 июля 2016 .
- ^ а б Адам Уилт (20 февраля 2014 г.). «HPA Tech Retreat 2014 - День 4» . DV Info Net . Проверено 5 ноября 2014 .
- ^ Брайант Фрейзер (2015-06-09). «Колорист Стивен Накамура об оценке Tomorrowland в HDR» . studiodaily . Проверено 21 сентября 2015 .
- ^ EA DICE / Electronic Arts (2007). «Battlefield: Bad Company - трейлер Frostbite Engine» (видео) . Electronic Arts.
- ^ Quantigraphic камера обещает HDR зрение от Отца А.Р., Крис Дэвис, SlashGear, Sep 12 2012
- ^ Акерман, Элиза (31 декабря 2012 г.). «Почему умные очки не могут сделать вас умнее» . IEEE Spectrum . Дата обращения 1 января 2017 .
- ^ Манн, Стив (февраль 1997 г.). «Носимые компьютеры: первый шаг к персональной визуализации» . Компьютер IEEE . 30 (2): 25–32. DOI : 10.1109 / 2.566147 .
- ^ «Волшебный сварочный шлем, позволяющий видеть мир в HDR в реальном времени» . Архивировано из оригинала на 2016-03-28 . Проверено 24 марта 2018 .
- ^ Манн, Стив (осень 2012 г.). «Сквозь стекло, легонько» . Журнал IEEE Technology and Society . 31 (3): 10–14. DOI : 10.1109 / MTS.2012.2216592 .
- ^ " ' GlassEyes': Теория EyeTap Digital Eye Glass, дополнительный материал для 'через стекло, слегка ' " (PDF) . Журнал IEEE Technology and Society . 31 (3). Осень 2012 г.
Внешние ссылки
- «Расширенный динамический диапазон (HDR) на графике Intel» (PDF) . Корпорация Intel. Ноябрь 2017 г.