stringtranslate.com

Расширенный динамический диапазон

Высокий динамический диапазон ( HDR ), также известный как широкий динамический диапазон , расширенный динамический диапазон или расширенный динамический диапазон , представляет собой динамический диапазон, превышающий обычный.

Этот термин часто используется при обсуждении динамического диапазона различных сигналов , таких как изображения , видео , аудио или радио . Это может применяться к средствам записи, обработки и воспроизведения таких сигналов, включая аналоговые и цифровые сигналы . [1]

Этот термин также является названием некоторых технологий или методов, позволяющих получать изображения, видео или аудио с высоким динамическим диапазоном.

Визуализация

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

Визуализация с высоким динамическим диапазоном (HDRI) относится к наборуобработки 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 цитация ] Кроме того, специальные эффекты, особенно те, которые смешивают реальные и синтетические кадры, требуют как съемки HDR, так и рендеринга . [ нужна цитация ] 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 расширить динамический диапазон снятых фотографий и видео за пределы собственных возможностей камеры. Он состоит из захвата 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 цитата ]

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

Захваченные 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 цитата ]

Из-за нелинейности некоторых датчиков могут возникать артефакты изображения. [ нужна цитата ]

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 цитата ]

Хранилище

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

OpenEXR был создан в 1999 году компанией Industrial Light & Magic (ILM) и выпущен в 2003 году как библиотека программного обеспечения с открытым исходным кодом . [10] [11] OpenEXR используется для кино- и телепроизводства . [11]

Система кодирования цвета Академии (ACES) была создана Академией кинематографических искусств и наук и выпущена в декабре 2014 года. [12] ACES — это полноценная система управления цветом и файлами, которая работает практически с любым профессиональным рабочим процессом и поддерживает как HDR, так и широкий диапазон изображений. цветовая гамма . Более подробную информацию можно найти на https://www.ACESCentral.com (WCG). [12]

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 данном контексте,

4 января 2016 года Ultra HD Alliance объявил о своих требованиях к сертификации HDR-дисплеев. [14] [15] HDR-дисплей должен иметь либо пиковую яркость более 1000 кд/м 2 и уровень черного менее 0,05 кд/м 2 ( коэффициент контрастности не менее 20 000:1), либо пиковую яркость более 540 кд/м 2 и уровень черного менее 0,0005 кд/м 2 (коэффициент контрастности не менее 1 080 000:1). [14] [15] Эти два варианта позволяют использовать различные типы HDR-дисплеев, таких как ЖК-дисплеи и OLED . [15]

Некоторые варианты использования функций передачи HDR , которые лучше соответствуют зрительной системе человека , помимо обычной гамма-кривой, включают HLG и квантователь восприятия (PQ). [13] [16] [17] HLG и PQ требуют разрядности 10 бит на выборку. [13] [16]

Отображать

Динамический диапазон дисплея — это диапазон яркости , которую может воспроизводить дисплей, от уровня черного до максимальной яркости. [ нужна цитация ] Контрастность дисплея — это соотношение между яркостью самого яркого белого и самого темного черного цвета, которое может воспроизвести монитор. [18] 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 сегодня как « локальное затемнение ». Позже BrightSide представила множество сопутствующих технологий отображения и видео, позволяющих визуализировать HDR-контент. [19] В апреле 2007 года компания BrightSide Technologies была приобретена компанией Dolby Laboratories . [20]

OLED- дисплеи обладают высокой контрастностью. MiniLED улучшает контрастность. [ нужна цитата ]

HDR-видение в реальном времени

Сварочный шлем HDR (расширенный динамический диапазон) Манна увеличивает изображение в темных областях и уменьшает его в ярких областях, реализуя тем самым компьютерную реальность .

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. [21] [22] [23] [24] [25] [26]

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. [27]

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 высокий динамический диапазон важен, 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-определяемых радиоустройств .

Инструментарий

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

Смотрите также

Рекомендации

  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.
  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.
  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.
  5. ^ Арно Дармон (2012). Визуализация с расширенным динамическим диапазоном: датчики и архитектуры (первое изд.). Пресс-служба СПАЙ. ISBN 978-0-81948-830-5.
  6. ^ Саймон Грин и Джем Чебеноян (2004). «Рендеринг в расширенном динамическом диапазоне (на GeForce 6800)» (PDF) . Серия GeForce 6 . 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. ^ «Apple «EDR» обеспечивает широкий динамический диапазон для дисплеев без HDR» . Пролост . 4 декабря 2020 г.
  9. ^ «Формат изображения Ultra HDR v1.0» . Android-разработчики . Проверено 19 декабря 2023 г.
  10. ^ «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.
  11. ^ ab «Основной веб-сайт OpenEXR». Архивировано из оригинала 16 января 2013 года . Проверено 27 июля 2016 г.
  12. ^ аб "ACES". Академия кинематографических искусств и наук. Архивировано из оригинала 1 августа 2016 года . Проверено 29 июля 2016 г.
  13. ^ abc Т. Борер; А. Коттон. «Независимая от дисплея телевизионная система с высоким динамическим диапазоном» (PDF) . Би-би-си . Проверено 1 ноября 2015 г.
  14. ^ ab «Альянс UHD определяет качество домашних развлечений премиум-класса» . Деловой провод . 04.01.2016 . Проверено 24 июля 2016 г.
  15. ^ abc «Что такое сертификат UHD Alliance Premium?». CNET . 11 марта 2016 г. Проверено 24 июля 2016 г.
  16. ^ аб Адам Уилт (20 февраля 2014 г.). «HPA Tech Retreat 2014 – День 4». Информационная сеть ДВ . Проверено 5 ноября 2014 г.
  17. ^ Брайант Фрейзер (9 июня 2015 г.). «Колорист Стивен Накамура об оценке «Земли будущего» в HDR». студияежедневно . Проверено 21 сентября 2015 г.
  18. ^ «Тесты качества изображения нашего монитора: контрастность» . RTINGS.com . Проверено 29 декабря 2021 г.
  19. ^ Зитцен, Хельге; Уайтхед, Лорн А.; Уорд, Грег (2003). «54.2: Дисплей 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.
  20. ^ «Dolby Laboratories (DLB) приобретает BrightSide за 28 миллионов долларов» . StreetInsider.com . Проверено 17 августа 2021 г..
  21. ^ Квантиграфическая камера обещает HDR-зрение от отца AR, Крис Дэвис, SlashGear, 12 сентября 2012 г.
  22. ↑ Акерман, Элиза (31 декабря 2012 г.). «Почему умные очки не сделают вас умнее». IEEE-спектр . Проверено 1 января 2017 г.
  23. ^ 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.
  24. ^ «Волшебный сварочный шлем, который позволяет вам видеть мир в HDR в реальном времени» . Архивировано из оригинала 28 марта 2016 г. Проверено 24 марта 2018 г.
  25. ^ Манн, Стив (осень 2012 г.). «Сквозь стекло, слегка». Журнал IEEE Technology and Society . 31 (3): 10–14. дои :10.1109/МТС.2012.2216592.
  26. ^ «GlassEyes: Теория цифровых очков EyeTap, дополнительный материал к книге «Сквозь стекло, с легкостью»» (PDF) . Журнал IEEE Technology and Society . 31 (3). Осень 2012.
  27. ^ EA DICE/Electronic Arts (2007). «Battlefield: Bad Company — трейлер Frostbite Engine» (видео) . Электронное искусство. Архивировано из оригинала 22 декабря 2021 г.

Внешние ссылки