Введение

Высокий динамический диапазон (HDR), также известный как широкий динамический диапазон, расширенный динамический диапазон или увеличенный динамический диапазон, – это сигнал с динамическим диапазоном, превышающим обычный. Этот термин часто используется при обсуждении динамических диапазонов изображений, видео, аудио или радио. Он также может применяться к методам записи, обработки и воспроизведения таких сигналов, включая аналоговые и цифровые сигналы.

Образование изображений

В этом контексте термин "высокий динамический диапазон" означает значительный разброс уровней освещенности в сцене или изображении. Динамический диапазон определяет диапазон яркости между самой светлой и самой темной областями этой сцены или изображения. (HDRI) обозначает совокупность технологий и методов обработки изображений, позволяющих расширить динамический диапазон изображений или видео. Это включает в себя захват, создание, хранение, распространение и отображение изображений и видео. Современные фильмы часто снимаются камерами с расширенным динамическим диапазоном, а старые фильмы можно конвертировать, хотя для некоторых кадров может потребоваться ручная корректировка (например, при преобразовании черно-белых фильмов в цветные). Кроме того, спецэффекты, особенно те, которые объединяют реальные и синтезированные кадры, требуют как HDR-съемки, так и HDR-рендеринга. Видео HDR также необходимо в приложениях, где требуется высокая точность при фиксации временных изменений в сцене. Это важно при мониторинге некоторых промышленных процессов, таких как сварка, в системах помощи водителю в автомобильной промышленности, в системах видеонаблюдения и других областях применения.

Захват

В фотографии и видеографии существует техника, обычно называемая высоким динамическим диапазоном (HDR), которая позволяет захватить динамический диапазон фотографий и видео, превышающий возможности камеры. Она заключается в создании нескольких кадров одной и той же сцены с различной экспозицией, а затем их объединении в одно изображение с динамическим диапазоном, превышающим динамический диапазон каждого отдельного кадра. Некоторые датчики в современных телефонах и камерах могут даже объединять два изображения непосредственно на чипе. Это также позволяет пользователю получить доступ к более широкому динамическому диапазону для отображения или обработки без сжатия пикселей. Некоторые камеры, предназначенные для систем безопасности, могут записывать HDR-видео, автоматически создавая два или более изображений для каждого кадра с изменяющейся экспозицией. Например, датчик для видео с частотой 30 кадров в секунду может выдавать 60 кадров в секунду, где нечетные кадры снимаются с короткой выдержкой, а четные – с более длинной. Современные CMOS-датчики изображения часто способны захватывать изображения с высоким динамическим диапазоном с одной экспозиции. Это снижает необходимость использования многокадровой техники HDR-съемки. Изображения с высоким динамическим диапазоном применяются в задачах, требующих экстремального динамического диапазона, таких как сварка или работы в автомобильной промышленности. В камерах видеонаблюдения вместо термина HDR обычно используется "широкий динамический диапазон". Из-за нелинейности некоторых датчиков изображения могут возникать артефакты.

Рендаринг

Высокодинамичный рендеринг (HDRR) — это рендеринг и отображение виртуальных сред в реальном времени с динамическим диапазоном 65 535:1 или выше, применяемый в компьютерных, игровых и развлекательных технологиях.

Сжатие или расширение динамического диапазона

Технологии, используемые для хранения, передачи, отображения и печати изображений, обладают ограниченным динамическим диапазоном. Если полученные или созданные изображения имеют более широкий динамический диапазон, их необходимо подвергнуть тональной компрессии для уменьшения этого диапазона.

Видение HDR в реальном времени

В 1970-х и 1980-х годах Стив Манн изобрел "цифровые очки" первого и второго поколения как средство улучшения зрения, а некоторые версии были встроены в сварочные шлемы для обеспечения HDR-видения.

Аудио

В аудио термин "высокий динамический диапазон" означает значительную разницу в уровнях громкости звука. Здесь динамический диапазон относится к разнице между максимальной и минимальной громкостью звука. XDR (аудио) используется для обеспечения более высокого качества звука при использовании микрофонных систем или записи на кассетные ленты. HDR Audio – это динамическая техника микширования, применяемая в движке Frostbite от EA Digital Illusions CE, позволяющая более громким звукам перекрывать тихие. Компрессия динамического диапазона – это набор методов, используемых в аудиозаписи и передаче данных для адаптации материала с высоким динамическим диапазоном к каналам или носителям с более низким динамическим диапазоном. Опционально, для восстановления исходного высокого динамического диапазона при воспроизведении может использоваться расширение динамического диапазона.

Радио

В радиосвязи высокий динамический диапазон особенно важен при наличии потенциально интерферирующих сигналов. Для количественной оценки динамического диапазона различных компонентов системы, таких как генераторы частоты, используются такие показатели, как динамический диапазон без паразитных составляющих. Концепции HDR важны как при проектировании традиционных, так и программно-определяемых радиосистем.

Инструментовка

Во многих областях приборы должны обладать очень широким динамическим диапазоном. Например, в сейсмологии требуются акселерометры с высоким динамическим диапазоном (HDR), такие как приборы ICEARRAY.