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ハイダイナミックレンジ( HDR ) は、ワイドダイナミックレンジ、拡張ダイナミックレンジ、または拡張ダイナミックレンジとも呼ばれ、通常よりも ダイナミックレンジが広い信号です。
この用語は、画像、ビデオ、オーディオ、ラジオのダイナミックレンジについて議論する際によく使用されます。また、アナログ信号やデジタル信号を含むこれらの信号の記録、処理、再生の手段にも適用される場合があります。[ 1]
イメージング
この文脈では、ハイダイナミックレンジという用語は、シーンまたは画像内の光レベルに大きな変化があることを意味します。ダイナミックレンジとは、そのシーンまたは画像の最も明るい領域と最も暗い領域の間の 輝度の範囲を指します。
ハイダイナミックレンジイメージング（HDRI）とは、画像や動画のダイナミックレンジを拡大することを可能にする一連の画像処理技術と手法を指します。画像や動画の取得、作成、保存、配信、表示をカバーします。[2]
現代の映画は、より高いダイナミック レンジを備えたカメラで撮影されることが多く、古い映画は、一部のフレームで手動の介入が必要になる場合でも (白黒フィルムをカラーに変換する場合など) 変換できます。[引用が必要]また、特殊効果、特に実際の映像と合成映像を混合するものでは、HDR 撮影とレンダリングの両方が必要です。[引用が必要] HDR ビデオは、シーンの変化の時間的側面をキャプチャするために高い精度を要求するアプリケーションでも必要です。これは、溶接などの一部の産業プロセスの監視、自動車業界の予測運転支援システム、監視ビデオシステム、およびその他のアプリケーションで重要です。
捕獲
写真やビデオ撮影では、一般的にハイダイナミックレンジ（HDR ）と呼ばれる技術により、写真やビデオのダイナミックレンジをカメラのネイティブ機能を超えて撮影することができます。これは、同じシーンを異なる露出で複数のフレームを撮影し、それらを1つに組み合わせることで、個別に撮影したフレームよりもダイナミックレンジの高い画像を作成します。[3] [4]
最近の携帯電話やカメラのセンサーの中には、オンチップで 2 つの画像を組み合わせるものもあります。これにより、ピクセル内圧縮なしで、より広いダイナミック レンジをユーザーが直接表示または処理できるようになります。
セキュリティ用途向けに設計されたカメラの中には、露出を変えながらフレームごとに 2 枚以上の画像を自動的に提供することで HDR ビデオを撮影できるものもあります。たとえば、30fps ビデオ用のセンサーは、奇数フレームを短い露出時間で、偶数フレームを長い露出時間で撮影することで 60fps を実現します。[引用が必要]
現代のCMOS イメージセンサーは、多くの場合、1回の露出で高ダイナミックレンジ画像を撮影することができます。[5]これにより、多重露出HDR撮影技術を使用する必要性が減ります。
ハイダイナミックレンジ画像は、溶接や自動車作業などの極端なダイナミックレンジのアプリケーションで使用されます。セキュリティカメラでは、HDR の代わりに「ワイドダイナミックレンジ」という用語が使用されます。[引用が必要]
一部のセンサーの非線形性により、画像アーティファクトがよく発生することがあります。[引用が必要]
レンダリング
ハイダイナミックレンジレンダリング（HDRR）は、65,535:1以上のダイナミックレンジを使用して仮想環境をリアルタイムでレンダリングして表示する技術です（コンピュータ、ゲーム、エンターテイメント技術で使用されます）。[6] HDRRはHDRディスプレイを必要とせず、元々はトーンマッピングを使用して標準のダイナミックレンジディスプレイにレンダリングを表示していました。
ダイナミックレンジの圧縮または拡張
画像の保存、送信、表示、印刷に使用される技術では、ダイナミック レンジが限られています。キャプチャまたは作成された画像のダイナミック レンジが広い場合は、そのダイナミック レンジを減らすためにトーン マッピングを行う必要があります。 [要出典]
ストレージ
画像およびビデオ ファイルのハイ ダイナミック レンジ形式は、従来の 8 ビットガンマ形式よりも広いダイナミック レンジを保存できます。これらの形式には次のものがあります。
- 次のような HDR ディスプレイへの保存と送信の両方に使用できる
HDR 形式:
- ビデオの場合:
- 画像の場合:
- ゲイン マップアプローチは、SDR データの上に変換レイヤーを追加します。その結果、SDR ディスプレイおよびストレージとの下位互換性が確保されます。
- ISO 21496-1ゲインマップは、AppleとAdobeの提案を統合して進化しました。[7] AppleではAdaptive HDRという名前で使用されています。[8] MacOS 15、iOS 18、iPadOS 18、Android 15、およびChromiumベースのブラウザ以降でサポートされています。[9]
- Apple Gain Mapは完全に公開されているわけではないが、これらの画像を解読するための文書は入手可能である。[10]
- Adobe Gain Map はJPEG画像ファイル内のゲインマップ画像であり、[11] GoogleではUltra HDRという名前で、SamsungではSuper HDRという名前で使用されています。[12] [10] [13] 1チャネルまたは3チャネルのゲインをサポートします。[11] Ultra HDRとISO 21496-1形式はAndroid 15で同時にエンコードされます。[9] [12]
- AVIFはゲインマップと互換性がありますが、現在エンコーダは利用できません。[14]
- Apple EDR（Extreme Dynamic Range）は、macOSとiOSで使用されています。[15] AppleはEDRを、SDRとHDRのコンテンツを同じ画面に表示できるようにするハードウェアとソフトウェアの組み合わせと呼んでいます。[16]
- HEIC ( HEIFファイル形式のHEVCコーデック)
- AVIF ( HEIF ファイル形式のAV1コーデック)
- JPEG 形式
- JPEG XL [17]
- HSP、CTA 2072 HDR静止画インターフェース（パナソニックのカメラがHLG転送機能を使用してHDRで写真を撮影するために使用するフォーマット）[18]
- ゲイン マップアプローチは、SDR データの上に変換レイヤーを追加します。その結果、SDR ディスプレイおよびストレージとの下位互換性が確保されます。
- 保存目的にのみ使用される形式:
- RAW画像フォーマット
- 高ビット深度の線形 伝達関数を使用するフォーマット
- 対数伝達関数を使用する形式
- OpenEXRは1999年にインダストリアル・ライト＆マジック（ILM）によって開発され、2003年にオープン ソースソフトウェアライブラリとしてリリースされました。[19] [20] OpenEXRは映画やテレビ番組の制作に使用されています。[20]
- アカデミーカラーエンコーディングシステム（ACES）は、映画芸術科学アカデミーによって作成され、2014年12月にリリースされました。[21] ACESは、ほぼすべてのプロフェッショナルワークフローで機能する完全なカラーおよびファイル管理システムであり、HDRと広色域の両方をサポートしています。[21]
ディスプレイへの送信
ハイダイナミックレンジ(HDR) は、ハイダイナミックレンジのビデオや画像を互換性のあるディスプレイに送信できるようにする技術の一般的な名称でもあります。この技術は、色域など、送信される画像の他の側面も改善します。
この文脈では、
- HDR ディスプレイとは、そのテクノロジーと互換性のあるディスプレイを指します。
- HDR 形式とは、 HDR10、HDR10+、Dolby Vision、HLGなどの形式を指します。
- HDRビデオとは、HDR形式でエンコードされたビデオを指します。これらのHDRビデオは、従来のガンマ曲線を使用する標準ダイナミックレンジ（SDR）ビデオよりもビット深度、輝度、色量が大きくなっています。[22]
2016年1月4日、Ultra HD AllianceはHDRディスプレイの認証要件を発表しました。[23] [24] HDRディスプレイは、ピーク輝度が1000 cd/m 2以上かつ黒レベルが0.05 cd/m 2未満（コントラスト比が少なくとも20,000:1）であるか、ピーク輝度が540 cd/m 2以上かつ黒レベルが0.0005 cd/m 2未満（コントラスト比が少なくとも1,080,000:1）である必要があります。[23] [24]この2つのオプションにより、 LCDやOLEDなどの異なるタイプのHDRディスプレイが可能になります。[24]
従来のガンマ曲線以外の人間の視覚システムにより適合するHDR伝達関数を使用するためのオプションとしては、 HLGと知覚量子化器（PQ）がある。[22] [25] [26] HLGとPQでは、サンプルあたり10ビットのビット深度が必要である。 [22] [25]
画面
ディスプレイのダイナミックレンジとは、黒レベルからピーク輝度まで、ディスプレイが再現できる輝度の範囲を指します。 [要出典]ディスプレイのコントラストとは、モニターが生成できる最も明るい白と最も暗い黒の輝度の比率を指します。[27]複数の技術により、ディスプレイのダイナミックレンジを拡大することができました。
2003年5月、ブライトサイドテクノロジーズは、情報ディスプレイ協会のディスプレイウィークシンポジウムで初のHDRディスプレイを披露した。このディスプレイは、従来のLCDパネルの背後に個別に制御されるLEDアレイを使用した「ローカルディミング」と呼ばれる構成だった。ブライトサイドはその後、HDRコンテンツの視覚化を可能にするさまざまな関連ディスプレイおよびビデオ技術を発表した。[28] 2007年4月、ブライトサイドテクノロジーズはドルビーラボラトリーズに買収された。[29]
OLEDディスプレイはコントラストが高い。MiniLEDはコントラストを向上させます。[引用が必要]
リアルタイムHDRビジョン
1970年代から1980年代にかけて、スティーブ・マンは人々の視力を向上させるための視覚補助装置として第1世代と第2世代の「デジタルアイグラス」を発明し、その一部のバージョンはHDR視覚のために溶接ヘルメットに組み込まれました。[30] [31] [32] [33] [34] [35]
非画像
オーディオ
オーディオにおいて、ハイダイナミックレンジという用語は、サウンドのレベルに大きな変化があることを意味します。ここでダイナミックレンジとは、サウンドの最高音量と最低音量の間の範囲を指します。
XDR (オーディオ) は、マイク サウンド システムを使用する場合やカセット テープに録音する場合に、より高品質のオーディオを提供するために使用されます。
HDRオーディオは、 EA Digital Illusions CE Frostbite Engineで使用されるダイナミックミキシング技術であり、比較的大きな音で小さな音をかき消すことができます。[36]
ダイナミック レンジ圧縮は、オーディオ録音および通信で使用される一連の技術であり、高ダイナミック レンジの素材を低ダイナミック レンジのチャネルまたはメディアに通します。オプションで、ダイナミック レンジ拡張を使用して、再生時に元の高ダイナミック レンジを復元します。
無線
無線では、特に干渉信号が存在する可能性がある場合に、高ダイナミック レンジが重要です。スプリアスフリー ダイナミック レンジなどの測定は、周波数シンセサイザーなどのさまざまなシステム コンポーネントのダイナミック レンジを定量化するために使用されます。HDR の概念は、従来の無線設計とソフトウェア定義の無線設計の両方で重要です。
計装
多くの分野では、計測器に非常に高いダイナミック レンジが求められます。たとえば、地震学では、 ICEARRAY 計測器のような HDR 加速度計が必要です。
参照
- Rec. 2100 – HDR に関する ITU-R 勧告
- Ultra HD Forum – HDRの標準を作成した組織
- 色空間
- カラーグレーディング
参考文献
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シーンの描写をシーンに応じた輝度の範囲で保存する画像は、HDR、つまり「放射輝度マップ」と呼ばれます。一方、現在の表示技術での表示に適した画像は、LDR と呼ばれます
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外部リンク
- 「Intel グラフィックスにおけるハイダイナミックレンジ (HDR)」(PDF)。Intel Corporation。2017 年 11 月。