Hoher Dynamikbereich - High dynamic range
High Dynamic Range ( HDR ) ist ein dynamischer Bereich, der höher als üblich ist. Der Begriff wird häufig verwendet, wenn er über Anzeigegeräte , Fotografie , 3D-Rendering und Tonaufzeichnung einschließlich digitaler Bildgebung und digitaler Audioproduktion spricht . Der Begriff kann sich auf ein analoges oder digitalisiertes Signal beziehen oder auf die Mittel zum Aufzeichnen, Verarbeiten und Wiedergeben solcher Signale.
Bildgebung
High Dynamic Range Imaging (HDRI) ist die Erfassung, Erstellung, Speicherung, Verteilung oder Anzeige von Bildern und Videos , die einen höheren Dynamikumfang als herkömmliche Bilder und Videos aufweisen. Dies kann mit der HDR-Fotografietechnik , durch den Einsatz von Kameras, die nativ einen hohen Dynamikumfang aufweisen, oder mit Computern (zum Beispiel unter Verwendung von HDR-Rendering ) erfolgen. Das resultierende Bild kann in einem herkömmlichen Bild- und Videoformat oder in einem High-Dynamic-Range-Format gespeichert werden . Es kann auch für traditionelle SDR- Displays oder für HDR- Displays verwendet werden.
Aufnahme und Erstellung
Fototechnik
In der Fotografie und Videografie ist High Dynamic Range (HDR) eine Reihe von Techniken, die verwendet werden, um den Dynamikumfang von aufgenommenen Fotos und Videos zu erhöhen. Es besteht in der Regel darin, mehrere Bilder derselben Szene, jedoch mit unterschiedlichen Belichtungen, aufzunehmen und sie dann zu einem zu kombinieren, was zu einem höheren Dynamikbereich als bei einzeln aufgenommenen Bildern führt.
Es umfasst das Compositing und Tone Mapping von Bildern, um den Dynamikbereich über die native Fähigkeit des Aufnahmegeräts hinaus zu erweitern.
Sensoren
Moderne CMOS -Bildsensoren können oft einen hohen Dynamikbereich aus einer einzigen Aufnahme erfassen. Der breite Dynamikbereich des aufgenommenen Bildes wird nichtlinear in eine elektronische Darstellung mit kleinerem Dynamikbereich komprimiert. Bei richtiger Verarbeitung können die Informationen einer einzelnen Aufnahme jedoch verwendet werden, um ein HDR-Bild zu erstellen.
Eine solche HDR-Bildgebung wird in Anwendungen mit extremen Dynamikbereichen wie Schweißen oder Arbeiten im Automobilbereich verwendet. In Überwachungskameras wird anstelle von HDR der Begriff "Wide Dynamic Range" verwendet. Aufgrund der Nichtlinearität einiger Sensoren können Bildartefakte häufig auftreten. Einige andere Kameras, die für den Einsatz in Sicherheitsanwendungen entwickelt wurden, können automatisch zwei oder mehr Bilder für jedes Bild mit wechselnder Belichtung liefern. Zum Beispiel gibt ein Sensor für 30fps-Video 60fps mit den ungeraden Frames bei einer kurzen Belichtungszeit und den geraden Frames bei einer längeren Belichtungszeit aus. Einige der Sensoren moderner Telefone und Kameras können die beiden Bilder sogar auf dem Chip kombinieren, sodass dem Benutzer ein breiterer Dynamikbereich ohne In-Pixel-Komprimierung direkt zur Anzeige oder Verarbeitung zur Verfügung steht.
Rendering
High-Dynamic-Range-Rendering (HDRR) ist das Rendern und Anzeigen von virtuellen Umgebungen in Echtzeit mit einem Dynamikbereich von 65.535:1 oder höher (verwendet in Computer-, Spiele- und Unterhaltungstechnologie).
Lager
Formate mit hohem Dynamikumfang für Bild- und Videodateien können einen größeren Dynamikumfang speichern als herkömmliche 8-Bit- Gammaformate . Zu diesen Formaten gehören:
- Speicherformate wie Rohbildformate , Formate, die eine lineare Übertragungsfunktion mit hoher Bittiefe oder eine logarithmische Übertragungsfunktion verwenden.
- HDR-Formate für HDR- Displays wie HDR10 , HDR10+ , Dolby Vision und Hybrid Log-Gamma (HLG).
Verteilung und Anzeige
High-Dynamic-Range-Displays (HDR-Displays) sind Displays, die mit einem HDR-Format wie HDR10 , HDR10+ , Dolby Vision und HLG kompatibel sind .
HDR-Video bezieht sich auf ein Videosignal mit größerer Bittiefe, Luminanz und Farbvolumen als Standard-Dynamic-Range (SDR)-Video, das eine herkömmliche Gammakurve verwendet .
Am 4. Januar 2016 gab die Ultra HD Alliance ihre Zertifizierungsanforderungen für ein HDR-Display bekannt. Das HDR-Display muss entweder eine Spitzenhelligkeit von über 1000 cd/m 2 und einen Schwarzwert von weniger als 0,05 cd/m 2 (ein Kontrastverhältnis von mindestens 20.000:1) oder eine Spitzenhelligkeit von über 540 cd/m 2 aufweisen und einen Schwarzwert von weniger als 0,0005 cd/m 2 (ein Kontrastverhältnis von mindestens 1.080.000:1). Die beiden Optionen ermöglichen verschiedene Arten von HDR-Displays wie LCD und OLED .
Einige Optionen zur Verwendung von HDR- Übertragungsfunktionen , die dem menschlichen Sehsystem besser entsprechen als eine herkömmliche Gammakurve, umfassen HLG und Wahrnehmungsquantisierer (PQ). HLG und PQ erfordern eine Bittiefe von 10 Bit pro Sample.
Audio
XDR (Audio) wird verwendet, um bei der Verwendung von Mikrofon-Soundsystemen oder bei der Aufnahme auf Kassetten eine höhere Audioqualität bereitzustellen.
HDR Audio ist eine dynamische Mischtechnik, die in der Frostbite Engine von EA Digital Illusions CE verwendet wird , um relativ lauteren Sounds zu ermöglichen, leisere Sounds zu übertönen.
Die Dynamikkompression ist eine Reihe von Techniken, die bei der Audioaufnahme und -kommunikation verwendet werden, um Material mit hohem Dynamikumfang durch Kanäle oder Medien mit niedrigerem Dynamikumfang zu übertragen. Optional wird die Dynamikbereichserweiterung verwendet, um den ursprünglichen hohen Dynamikbereich bei der Wiedergabe wiederherzustellen.
Radio
Im Radio ist ein hoher Dynamikbereich besonders bei potentiell störenden Signalen wichtig. Messungen wie der störungsfreie Dynamikbereich werden verwendet, um den Dynamikbereich verschiedener Systemkomponenten wie beispielsweise Frequenzsynthesizer zu quantifizieren. HDR-Konzepte sind sowohl im konventionellen als auch im softwaredefinierten Radiodesign wichtig .
Instrumentierung
In vielen Bereichen müssen Instrumente einen sehr hohen Dynamikumfang aufweisen. In der Seismologie werden beispielsweise HDR-Beschleunigungsmesser wie bei den ICEARRAY-Instrumenten benötigt .
HDR-Vision in Echtzeit
In den 1970er und 1980er Jahren erfand Steve Mann die Generation-1 und Generation-2 "Digital Eye Glass", als Sehhilfe, um Menschen zu helfen, besser zu sehen, wobei einige Versionen in Schweißhelme für HDR-Sicht eingebaut wurden Siehe auch IEEE-Technologie und Society Magazine 31(3) und das ergänzende Material mit dem Titel "GlassEyes".
Siehe auch
- Empf. 2100 – ITU-R-Empfehlung für HDR
- Ultra HD Forum – Organisation, die Standards für HDR geschaffen hat
Verweise
Externe Links
- "High Dynamic Range (HDR) auf Intel-Grafik" (PDF) . Intel Corporation. November 2017.