広いダイナミックレンジ

写真やビデオ撮影において、一般的にハイダイナミックレンジ（HDR ）と呼ばれる技術は、カメラの本来の能力を超えて写真やビデオのダイナミックレンジを捉えることを可能にします。これは、同じシーンを異なる露出で複数フレーム撮影し、それらを1つに合成することで、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するものです。^{[ 3 ] [ 4 ]}

最新のスマートフォンやカメラに搭載されているセンサーの中には、2つの画像をチップ上で合成するものもあります。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、露出を変えながら各フレームに2つ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。例えば、30fpsのビデオ用センサーは、奇数フレームを短い露光時間、偶数フレームを長い露光時間で撮影することで、60fpsのビデオを生成します。

最新のCMOSイメージセンサーは、多くの場合、1回の露光で高ダイナミックレンジの画像をキャプチャできます。^{[ 5 ]}これにより、多重露光HDRキャプチャ技術を使用する必要性が軽減されます。

高ダイナミックレンジ画像は、溶接や自動車整備など、極めて広いダイナミックレンジを必要とする用途で使用されます。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」という用語が使われます。

一部のセンサーは非線形性を持つため、画像にアーティファクトが発生することがよくあります。

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および表示する技術です（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ています）。^{[ 6 ]} HDRRはHDRディスプレイを必要とせず、当初はトーンマッピングを使用して標準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。

画像の保存、送信、表示、印刷に使用される技術は、ダイナミックレンジに制限があります。撮影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縮小するためにトーンマッピングを行う必要があります。

画像ファイルや動画ファイルの高ダイナミックレンジフォーマットは、従来の8ビットガンマフォーマットよりも広いダイナミックレンジを保存できます。これらのフォーマットには以下が含まれます。

• HDRディスプレイへの保存と送信の両方に使用できる HDRフォーマットには、次のようなものがあります。
  • 動画はこちら：
    • HDR10
    • HDR10+
    • ドルビービジョン
    • HLG（SDRディスプレイとの下位互換性あり）
  • 画像についてはこちらをご覧ください：
    • ゲインマップ方式は、SDRデータの上に変換レイヤーを追加する方式です。この方式は、SDRディスプレイおよびストレージとの下位互換性を備えています。
      • ISO 21496-1ゲイン マップは、Apple と Adob​​e の提案を統合して開発されました。^{[ 7 ]} Apple ではAdaptive HDRという名称で使用されており、ISO 21496-1 は JPEG、HEIC、AVIF、JXL などの主要なファイル タイプをサポートしています。^{[ 8 ]} macOS 15、iOS 18、iPadOS 18、Android 15、およびChromiumベースのブラウザでサポートされています。^{[ 9 ]}
      • Adobe Gain Map は、 JPEG画像ファイル内のゲイン マップ 画像です。 ^{[ 10 ]} Google ではUltra HDRという名称で、Samsung ではSuper HDRという名称で使用されています。^{[ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]} 1 チャンネルまたは 3 チャンネルのゲインをサポートします。^{[ 10 ]} Android 15 では、Android と iOS デバイス間で HDR 互換性を確保するために、Ultra HDR と ISO 21496-1 フォーマットが同時にエンコードされます。^{[ 9 ] [ 11 ]}
      • Apple Gain Mapは、一般には完全に文書化されていませんが、これらの画像を解読するためのドキュメントは入手可能です。^{[ 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コンテンツを同じ画面に表示でき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 XR
    • 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転送関数を使用してHDRで写真を撮影するために使用するフォーマット）^{[ 18 ]}
• ストレージ目的のみに使用されるフォーマット、例：
  • 生画像フォーマット
  • 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フォーマット
  • OpenEXRは1999年にインダストリアル・ライト＆マジック（ILM）によって作成され、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は映画やテレビの制作に使用されています。^{[ 20 ]}
  • RGBE画像フォーマットは、グレゴリー・ウォード・ラーソンがRadianceレンダリングシステム用に考案したもので、照明設計やシミュレーションに広く用いられている。
  • 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なワークフローで動作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 ]}

ハイダイナミックレンジ（HDR）は、高ダイナミックレンジの動画や画像を対応ディスプレイに送信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、その技術に対応したディスプレイのことです。
• HDRフォーマットとは、 HDR10、HDR10+、Dolby Vision、HLGなどのフォーマットを指します。
• HDRビデオとは、HDRフォーマットでエンコードされたビデオのことです。これらのHDRビデオは、従来のガンマカーブ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、色域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以上で黒レベルが0.05  cd/m ²未満（コントラスト比が20,000:1以上）であるか、ピーク輝度が540  cd/m ² 以上で黒レベルが0.0005 cd/m ²未満（コントラスト比が1,080,000:1以上）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 ]}

従来のガンマカーブ以外に人間の視覚システムによりよく適合するHDR伝達関数を使用するオプションには、HLG と知覚量子化器(PQ) があります。^{[ 22 ] [ 25 ] [ 26 ]} HLG と PQ は、サンプルあたり 10 ビットのビット深度を必要とします。 ^{[ 22 ] [ 25 ]}

ディスプレイのダイナミックレンジとは、黒レベルから最大輝度までの、ディスプレイが再現できる輝度の範囲を指します。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可能になりました。

2003 年 5 月、BrightSide Technologies は、情報ディスプレイ協会の Display Week Symposium で初の HDR ディスプレイをデモンストレーションしました。このディスプレイは、従来の LCD パネルの背面に個別に制御可能な LED アレイを配置した「ローカル ディミング」と呼ばれる構成を採用していました。BrightSide 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ました。^{[ 28 ]} 2007 年 4 月、BrightSide Technologies はDolby Laboratoriesに買収されました。^{[ 29 ]}

OLEDディスプレイはコントラストが高い。MiniLEDはコントラストをさらに向上させる。

1970年代と1980年代に、スティーブ・マンは、人々の視力を改善するために、第1世代と第2世代の「デジタルアイグラス」を発明しました。一部のバージョンは、HDRビジョン用に溶接ヘルメットに組み込まれました。^{[ 30 ] [ 31 ] [ 32 ] [ 33 ] [ 34 ] [ 35 ]}

オーディオにおいて、高ダイナミックレンジとは、音のレベルに大きな変化があることを意味します。ここでいうダイナミックレンジとは、音の最大音量と最小音量の間の範囲を指します。

XDR（オーディオ）は、マイクを使った音響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、より高品質な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エンジンで使用されるダイナミックミキシング技術で、比較的大きな音が小さな音をかき消すことができるようにするためのものです。^{[ 36 ]}

ダイナミックレンジ圧縮とは、音声録音や通信において、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や媒体を通して伝送するために用いられる一連の技術です。オプションとして、再生時に元の高ダイナミックレンジを復元するために、ダイナミックレンジ拡張が用いられます。

無線通信においては、特に干渉信号が存在する可能性がある場合、高ダイナミックレンジ（HDR）が重要となる。周波数シンセサイザなどの様々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、スプリアスフリーダイナミックレンジなどの指標が用いられる。HDRの概念は、従来型無線機とソフトウェア無線機の両方の設計において重要である。

多くの分野では、計測機器に非常に高いダイナミックレンジが求められます。例えば、地震学では、 ICEARRAY機器のように、HDR加速度計が必要となります。