HDR

HDR () tarkoittaa kuvan käsittelyä, jossa kuvan muodossa on dynamiikkaa enemmän kuin tavalliset näytöt ja tulostimet pystyvät esittämään. Dynamiikalla tarkoitetaan tässä sitä, kuinka laaja kirkkausalue voidaan esittää niin, että kuvan yksityiskohdat vielä erottuvat. Dynamiikka mitataan yleensä aukkoina siten, että kukin aukko kaksinkertaistaa kirkkauden. Korkealle ja matalalle dynamiikalle ei ole yksikäsitteistä rajaa, mutta tyypillinen matalan dynamiikan kamera, filmi tai näyttö toistaa noin 5–9 aukon laajuisen dynamiikka-alueen. 

Kirkkauden vaihtelua kutsutaan dynaamiseksi alueeksi ja sitä mitataan luminanssina kirkkaimman valkoisen ja tummimman mustan välillä.

pienoiskuva|440x440px|Laajan dynamiikan kuvassa kaikki tummuusasteet valoisasta pimeään toistuvat selvästi. Tässä ei kuitenkaan ole kyseessä aito laajan dynamiikan kuva, vaan pelkkä simulaatio, joka on luotu yhdistämällä ylläolevat kuvat. Aito HDR-kuva edellyttää erikoislaitteita.

Jotta HDR-kuva voitaisiin näyttää tavanomaisilla näytöillä pitää tavanomaista laajempi kirkkausalue kutistaa näyttölaitteen kirkkausaluetta vastaavaksi. Yksinkertaisin, lineaarinen kutistaminen johtaa kontrastittomiin ja mitäänsanomattomiin kuviin, jotka eivät vaikuta luonnollisilta.
Kehittyneemmät tonemapping-algoritmit (esimerkiksi Fattal et al. ja Mantiuk et al. ) pyrkivät säilyttämään paikallisen kontrastin.

Valokuvauksessa EDR () tarkoittaa kuvien yhdistämistä korkean dynaamisen alueen kuvaksi. Yhdistämiseen käytetään kuvia, jotka on otettu eri sulkija-asetuksilla.

 Termi 
Eri yhteyksissä HDR:llä on tarkoitettu hieman eri asioita:
 eri valotusasteita, jotka sulautetaan yhteen, jolloin saadaan laajempi dynaaminen alue kuin tavallisesti (valokuvauksessa käytetty merkitys)
 ympäristön käsittely fyysisesti tarkan valon mallintamisen kanssa (visuaalisten tehosteiden kanssa käytetty merkitty)
 näyttötekniikka, jolloin saadaan kirkkaampia valkoisia ja syvempiä tummia alueita dynaamisella alueella (esimerkiksi rec 709 ja DCI P3 -standardit)

Termit ovat riippuvaisia tekniikan edistymisestä: esimerkiksi "HD" ("high definition") on viitannut eri kuvatarkkuuksiin eri aikoina.

Kun valokuvauksessa ja kameratekniikkaan liittyen HDR:llä voidaan tarkoittaa valotustasojen yhdistelmää yhdeksi kuvaksi niin videokuvan toistamisessa HDR:llä voidaan tarkoittaa näytölaitteen kykyjen käyttöä laajemman dynaamisen alueen esittämiseen (esimerkiksi Netflixin mukaan). SDR-kuvan ("standardi" dynamiikka) esittämisessä HDR-tilassa tarvitsee kirkkauden ja värialueen muuttamista näyttölaitteelle ja etenkin yhdistelmien esittäminen samaan aikaan on monimutkaista.

 Laajasävykuvan muodostaminen 
Laajasävykuva tyypillisesti muodostetaan valotushaarukoinnilla ottamalla samasta näkymästä useampi valokuva eri valotuksilla, esim. viisi kuvaa valotusajoilla 1/125 s, 1/250 s, 1/500 s, 1/1000 s ja 1/2000 s muiden valotusparametrien (aukko, herkkyys) pysyessä samana.

Näiden kuvien yhdistämiseen on lukuisia ohjelmistoja, esimerkiksi Photomatix Pro, Photoshop ja Luminance HDR (entinen Qtpfsgui). Nämä ohjelmistot osaavat rekonstruoida eri valotusajoilla otetuista kuvista kameran toistokäyrän ja sen pohjalta laskea kullekin pikselille todellisen kirkkauden.

 Esitysmuodot 

HDR-muotoinen kuva esitetään yleensä jossakin muodossa missä dynamiikalla ei ole käytännössä rajoja, esimerkkinä OpenEXR. OpenEXR-muodossa kunkin pikselin kukin värikomponentti (RGB, punainen, vihreä, sininen) esitetään liukulukuna, jolloin kirkkauden suuruusluokka voi vaihdella huomattavasti ja merkitsevien numeroiden määrä pysyy silti vakiona.

Tällainen liukulukuina esitetty laajasävykuva on tavallaan rekonstruktio siitä millaiset valoisuuserot maisemassa oli ennen kuin se kuvattiin, lisättynä mahdollisesti kuvantamisvälineen virheillä.

Vaihtoehtoisesti 32-bittistä liukulukumuotoa käyttävä TIFF-muoto tekee kuvista tarpeettoman suuria ja tilaa vieviä. OpenEXR käyttää 16-bittistä liukulukumuotoa, jota IEEE 754 -standardissa ei ole mukana.

 Tonemapping 
Tonemapping tarkoittaa prosessia, jolla korkean dynamiikan kuva käsitellään esitettäväksi normaalilla matalan dynamiikan esityslaitteella, kuten monitorilla tai tulostimella. Laajasävykuva ei sinänsä vaadi tonemappingia tehtäväksi, koska se voidaan vain "valottaa", ts. kiinnittää sen kirkkaus johonkin kohtaan asteikkoa ja esittää sellaisenaan. Jos kuvassa kuitenkin on dynamiikkaa enemmän kuin matalan dynamiikan laite pystyy esittämään, tällöin joko valoisuuserot näyttölaitteella eivät vastaa todellisuutta (liian alhainen kontrasti) tai suuri osa kuvasta on joko täysin valkoinen (ylivalottunut) tai täysin musta (alivalottunut).

Tonemapping-algoritmit pyrkivät vähentämään kuvanlaajuista kontrastia ilman että paikallinen kontrasti samalla vähenee. Tämän tekemiseksi eri tonemapping-algoritmit käyttävät eri periaatteita, jotka johtavat ihmisen näköaistin kannalta enemmän tai vähemmän luonnollisiin kuviin.

Joskus virheellisesti kutsutaan HDR:ksi kuvia, jotka ovat normaaleja matalan dynamiikan kuvia, mihin on sovellettu tonemapping-tekniikoita. HDR ja tonemapping eivät kuitenkaan ole yksi yhteen toisistaan riippuvia, vaikka usein esiintyvätkin yhdessä.

 Käyttötarkoitus 
Testeissä havaittiin, että kuvatarkkuuden kasvattaminen UHD-tarkkuuteen (4K) ei tuottanut toivottua parannusta katsojan kokemukseen. Tutkimuksessa todettiin kuusi tapaa parantaa kokemusta, jotka olivat kuvatarkkuus, kuvataajuus, laaja väriskaala (WCG), dynaaminen kirkkausalue (HDR), värisyvyys ja äänimaailman parannus. Näistä HDR oli suosituin ollen halvin ja helpoin toteuttaa. Kun kuvatarkkuuden kasvattaminen 4K-resoluutioon nosti tietomäärää 400%, niin HDR tarvitsee vain 20% kasvua tietomäärään. Suurempi dynaaminen alue näyttää havaitsijalle suurempana kontrastina, jonka myötä kuva näyttää terävämmältä. Suurempi kirkkaus vaikuttaa myös värien eloisuuteen.

Lähteet

Aiheesta muualla

 HDR-kuvia Flickrissä
 HDR-artikkeli Muropaketissa

Luokka:Tietokonegrafiikka
Luokka:Valokuvauksen tekniikka
Luokka:Seulonnan keskeiset artikkelit