Úvod: Čo je to HDR?

Skratka „HDR“ sa v posledných dvoch-troch rokoch často objavuje v rámci diskusií o vlastnostiach televíznych obrazoviek od popredných výrobcov. Táto technológia sa stala „veľkým novým míľnikom“ v oblasti kvality TV obrazu, čo podporuje aj rozvoj filmového priemyslu a priemyslu konzolových videohier. HDR sa teraz vo väčšej miere používa aj v stolných monitoroch a čoraz viac počúvame o podpore HDR v tejto oblasti, najmä na veľtrhu CES 2017 v Las Vegas.

Veríme, že bude užitočné pozrieť sa späť a zistiť, čo je technológia HDR, čo nám ponúka, ako funguje a čo potrebuje vedieť používateľ, aby si vedome vybral displej pre vhodný HDR obsah. Tu sa pokúsime viac sústrediť na počítačové monitory, bez toho, aby sme sa ponorili do oblasti TV.

Jednoducho povedané, „vysoký dynamický rozsah“ (HDR) označuje schopnosť displeja sprostredkovať veľký rozdiel v jase medzi jasnými a tmavými časťami obrazu. Pre hry a kino je to významná výhoda, pretože pomáha vytvárať realistickejšie obrázky a pomáha zachovať detaily v scénach, kde môže byť kontrast obmedzujúcim faktorom. Na obrazovke s nízkym kontrastom alebo na obrazovke so štandardným dynamickým rozsahom (SDR) sa jemné detaily v tmavých scénach stratia, pretože tmavé odtiene šedej sa javia ako čierne. Podobne v scénach s vysokým jasom sa môžu stratiť detaily v dôsledku sfarbenia jasných prvkov do bielej. To sa stáva problémom pri prehrávaní scén na obrazovke, ktoré majú jasné a tmavé detaily súčasne. NVIDIA zhrnula odôvodnenie HDR ako trojitý princíp: "svetlé oblasti obrazu by mali zostať svetlé, tmavé oblasti by mali zostať tmavé a na oboch by mali byť viditeľné detaily." To prispieva k realistickejšiemu a „dynamickejšiemu“ obrazu (odtiaľ názov) v porovnaní so štandardnými displejmi.

V marketingu sa pojem HDR často vykladá širšie, čo znamená nielen zvýšenie kontrastu medzi svetlými a tmavými oblasťami obrazu, ale aj zlepšenie reprodukcie farieb so zväčšením farebného gamutu. Aj o tom si povieme neskôr, no z technického hľadiska HDR znamená predovšetkým zvýšenie kontrastu medzi svetlými a tmavými časťami obrazu.

Vykresľovanie obrázkov v HDR

S HDR súvisí aj pojem HDRR (High Dynamic Range Rendering), ktorý popisuje proces zobrazovania (rendering), pri ktorom počítačový grafický systém aplikuje výpočty jasu pixelov s vysokým dynamickým rozsahom. O význame kontrastu sme už hovorili v úvode; Vykresľovanie HDR je užitočné aj na udržanie prirodzeného jasu pri zobrazovaní vlastností priehľadného materiálu (ako je sklo) a optických javov, ako je odraz a lom svetla. Pri vykresľovaní SDR je prvkom veľmi jasných svetelných zdrojov, ako je slnko, priradený faktor svietivosti 1,0 (biela). Pri prenose odrazu takéhoto zdroja musí byť faktor jasu menší alebo rovný 1,0. Pri vykresľovaní HDR však môžu mať prvky veľmi jasných svetelných zdrojov faktor jasu väčší ako 1,0, aby lepšie reprezentovali ich skutočný jas. To im umožňuje reprodukovať svoje odrazy od povrchov, ktoré zodpovedajú prirodzenému jasu takýchto svetelných zdrojov.

Typický stolný monitor s panelom TN Film alebo IPS dokáže realisticky poskytnúť kontrastné pomery v oblasti 800:1-1200:1, zatiaľ čo panel VA má zvyčajne kontrastný pomer 2000:1-5000:1. Ľudské oko dokáže vnímať vizuálne scény s veľmi vysokým kontrastným pomerom približne 1 milión:1 (1 000 000:1). Pri zmene svetla sa adaptácia dosiahne vďaka adaptívnym reakciám dúhovky, ktoré nejaký čas trvajú – ako napríklad pri prechode z jasného svetla do tmy. V každom okamihu je rozsah oka oveľa menší, okolo 10 000:1. To je však stále viac ako rozsah väčšiny displejov vrátane VA panelov. Tu prichádza na rad technológia HDR – na rozšírenie dynamického rozsahu obrazovky a poskytnutie vyššieho kontrastného pomeru „naživo“.

Obsahové štandardy a HDR10

Na trhu HDR stále existuje nejasná oblasť – štandardy pre obsah, ktoré v konečnom dôsledku zaisťujú kompatibilitu displeja a obsahu, ktorý sa na ňom prehráva. V súčasnosti existujú dva hlavné štandardy – HDR10 a Dolby Vision. Nebudeme tu zachádzať do detailov a povieme len, že štandard Dolby Vision znamená vyššiu kvalitu obrazu, pretože podporuje dynamické metadáta (schopnosť dynamicky upravovať obsah - snímku po snímke) a 12-bitový farebný formát. Zahŕňa však použitie uzavretej technológie, ktorá zahŕňa dodatočný licenčný poplatok a vyžaduje aj ďalší hardvér, takže zariadenia podporujúce tento štandard sú drahšie. Na druhej strane, štandard HDR10 podporuje iba statické metadáta a 10-bitový farebný formát, ale je otvorený, a preto je rozšírenejší. Napríklad Microsoft a Sony pre svoje nové herné konzoly prijali štandard HDR10. Je to tiež predvolený štandard pre disky Ultra HD Blu-ray.

V skutočnosti, napriek rozdielom v štandardoch obsahu, môžu displeje pomerne jednoducho podporovať viacero formátov. Na televíznom trhu je pomerne bežné nájsť obrazovky, ktoré podporujú Dolby Vision a HDR10, ako aj iné menej bežné štandardy, ako je Hybrid Log Gamma (HLG) a Advanced HDR.

Samsung nedávno začal tlačiť na vývoj takzvaného štandardu HDR10+, ktorý obsahuje množstvo vylepšení na odstránenie nedostatkov predchádzajúcej verzie, napríklad podporu dynamických metadát. Dolby Vision nedávno preorientoval svoj štandard úplne na softvér, čím sa eliminujú problémy s dodatočným hardvérom a s ním spojené ďalšie cenové prirážky.

Keď príde čas na zobrazenie obsahu HDR v rôznych formátoch, budete potrebovať displej, ktorý podporuje príslušný štandard. Displeje kompatibilné s HDR10 sú veľmi bežné a obsah HDR10 je preto široko podporovaný. Dolby Vision je menej bežný, hoci niektoré televízory propagujú podporu tohto štandardu pre tých, ktorí chcú sledovať obsah Dolby Vision. Zdá sa, že trh s monitormi sa zatiaľ zameriava na HDR10, ale v budúcnosti uvidíme obrazovky inzerované pre Dolby Vision. Je to len otázka času.

Spôsoby, ako dosiahnuť vysoký dynamický rozsah a zlepšiť kontrast

Pravdepodobne poznáte pojem „Dynamic Contrast Ratio“ (DCR), ktorý označuje technológiu, ktorá je už mnoho rokov široko používaná v monitoroch a televíznych obrazovkách, hoci v poslednej dobe trochu stratila na popularite. Dynamický kontrast je založený na schopnosti obrazovky úplne zvýšiť alebo znížiť jas – v závislosti od obsahu konkrétnej scény – zmenou jasu podsvietenia (jednotka podsvietenia, BLU). Toto "všeobecné stmievanie" funguje nasledujúcim spôsobom: Pri svetlejších scénach sa jas podsvietenia prepne na vyšší, pri tmavších scénach na nižší jas. Niekedy sa podsvietenie môže dokonca úplne vypnúť, ak je scéna na obrazovke úplne čierna. V skutočnom obsahu sa to, samozrejme, stáva len zriedka, ale dá sa to konkrétne dosiahnuť pri testovaní, aby sa určilo, či je možné reprodukovať body s ešte nižšou úrovňou čiernej – pretože obrazovka je v podstate vypnutá! To umožňuje výrobcom nastaviť extrémne vysoké dynamické kontrastné pomery, ktoré porovnávajú rozdiel medzi najjasnejšou bielou (pri maximálnej intenzite podsvietenia) a najtmavšou čiernou (pri minimálnom jase podsvietenia a niekedy aj pri úplnom vypnutom podsvietení). Táto technika sa veľmi rozšírila a už teraz vidíme šialené hodnoty DCR stanovené výrobcami obrazoviek – rádovo milióny ku jednej. V praxi môže byť neustále menenie jasu podsvietenia rušivé alebo otravné, mnohým sa to nepáči a túto možnosť jednoducho zakážu. Premenlivý jas podsvietenia v skutočnosti príliš neprispieva k rozšíreniu dynamického rozsahu pri vnímaní kontrastu, keďže pri rýchlej zmene jasu celej obrazovky sa ľudské oko nestihne prispôsobiť nová hodnota celkového jasu a rozdiel medzi jasnými a tmavými oblasťami v rámci tej istej scény zostáva rovnaký.

Lokálne stmievanie okrajov

V poslednej dobe sa hovorí o možné spôsoby Aby výrobcovia prekonali množstvo obmedzení z hľadiska kontrastu LCD, často používajú termín „miestne stmievanie“. Lokálne stmievanie sa používa na stmavenie „lokálnych“ oblastí obrazovky – oblasti obrazovky, ktoré by mali byť tmavé, sa stlmia, zatiaľ čo jas ostatných oblastí sa nezmení. Pomáha to zlepšiť zdanlivý kontrast a zvýrazniť detaily v tmavých scénach alebo vo všeobecnosti s nízkym jasom.

Existovať rôzne cesty vytvorenie lokálneho stmievania znížením jasu podsvietenia vo viacerých miestnych oblastiach obrazovky. Najjednoduchším a najlacnejším prístupom je použitie metódy „miestneho stmievania okrajov“. Všetky LED podsvietenia používané pri tejto metóde sú umiestnené pozdĺž okrajov obrazovky a sú rozdelené do skupín, ktoré riadia jas určitých oblastí (zón) obrazovky. Čím viac zón, tým lepšie, pretože ovládanie obsahu obrazovky sa stáva diskrétnejším. V niektorých prípadoch môže mať takéto lokálne stmievanie určitý pozitívny vplyv na displeje s DCR, ale častejšie vôbec nepomáha. Niekedy sa môže obraz dokonca zhoršiť, ak sa celková zmena jasu súčasne prekryje na veľké plochy obrazovky. To môže byť ovplyvnené umiestnením LED diód, napríklad sú umiestnené po obvode obrazovky alebo len pozdĺž horného a spodného alebo ľavého a pravého okraja. Lokálne stmievanie sa často ponúka len ako možnosť tam, kde je výkon obmedzený alebo kde je potrebný tenší tvarový faktor, ako napríklad niektoré televízory a najmä notebooky. Lokálne stmievanie okrajov je stále implementované vo väčšine stolných monitorov. Nie je to príliš drahé ani príliš zložité na bežné použitie, a čo je najdôležitejšie, poskytuje úroveň lokálneho stmievania, ktorá vám umožňuje úspešne propagovať technológiu HDR. 8-zónové osvetlenie okrajov v stolných monitoroch je dodnes pomerne typickým vzorom. Napríklad Samsung C32HG70 používa práve tento typ osvetlenia na lokálne stmievanie.

Maticové lokálne stmievanie

Lokálne stmievanie je možné vykonať optimálnejším spôsobom – pomocou „maticového lokálneho stmievania“ (Full-Array Local Dimming, FALD), kde na rozdiel od okrajových obvodov tvoria jednotlivé podsvietené LED diódy umiestnené za LCD panelom pevnú maticu. V počítačových monitoroch je podsvietenie okrajov oveľa bežnejšou metódou, ale metódy maticového podsvietenia sa stali bežnejšími na televíznych obrazovkách. Ideálne by bolo, keby každá LED mala samostatné ovládanie, no v skutočnosti je celá plocha podsvietenia LCD obrazoviek rozdelená len na samostatné „zóny“, v ktorých sa vykonáva lokálne stmievanie. Väčšina výrobcov nezverejňuje informácie o tom, koľko zón je použitých v konkrétnych modeloch, ale zvyčajne sa počet zón pohybuje v desiatkach. Na niektorých špičkových televíznych obrazovkách je skutočný počet zón až 384. Každá zóna je zodpovedná za určitú časť obrazovky, hoci obrázky objektov menších ako zóna (napríklad hviezda na nočnej oblohe) nie sú profitovať z lokálneho stmievania a na obrazovke sa môžu javiť ako trochu stlmené. Čím viac zón a čím menšie sú ich veľkosti, tým lepšie sa ovláda jas obsahu obrazovky.

Rozsiahle zavedenie technológie maticového osvetlenia naráža na množstvo ťažkostí. Po prvé, je to oveľa drahšie ako jednoduché okrajové osvetlenie, takže by ste sa mali vopred pripraviť na vysoké maloobchodná cena displeje, ktoré túto technológiu podporujú. Maticový osvetľovací systém s 384 zónami výrazne prispieva k výrobným nákladom, čo nevyhnutne ovplyvňuje maloobchodnú cenu. Po druhé, ovládateľné matricové LED podsvietenie vyžaduje zväčšenie veľkosti obrazovky do hĺbky, takže tu dokonca vidíme istý krok späť v porovnaní s ultratenkými profilmi, ktoré sa už udomácnili. V súčasnosti podporuje technológiu FALD len niekoľko monitorov, z ktorých možno rozlíšiť dva druhy: 27-palcové modely 16:9 s 384 zónami podsvietenia a 35-palcové ultraširoké modely 21:9 s 512 zónami podsvietenia. Ďalej sa na ne pozrieme podrobnejšie. Majte na pamäti, že monitory s technológiou FALD sa teoreticky považujú za doteraz najlepšie, ale v praxi sa môžu správať inak. Použitie technológie FALD v monitoroch samo osebe neznamená, že budú nevyhnutne oveľa lepšie, jednoducho znamená, že majú vyšší potenciál, keď úspešnej implementácii technológií.

Prezeranie obsahu HDR

HDR obrazovka a PC

HDR porty je v dnešnej dobe ťažké zistiť a pred kúpou moderného HDR monitora pre váš počítač by ste mali vedieť niekoľko vecí. Najprv sa musíte uistiť, že váš operačný systém (OS) je kompatibilný s HDR. Napríklad posledný Verzie systému Windows 10 podporuje HDR, ale mnohé OS sa budú správať trochu inak, keď pripojíte nový monitor k počítaču. Obraz môže vyzerať nevýrazne a vyblednutý v dôsledku toho, že OS šíril nastavenia HDR na všetok ostatný obsah. Práca s HDR obsahom má prebiehať hladko (ak sa vám to podarilo – podeľte sa o svoje skúsenosti!) A zanechať príjemný dojem z vysokého dynamického rozsahu a širokého farebného gamutu. Bežnú každodennú prácu však v praxi aj so zapnutou možnosťou HDR len ťažko nazvať normálnou. Windows stanovuje limit jasu obrazovky nie viac ako 100 cd/m2, pretože plný jas podsvietenia 1000 cd/m2 môže oslňovať pri prezeraní obsahu, ako napr. Word dokumenty alebo Excel. Toto obmedzenie má priamy vplyv na vnímanie pôvodného obrazu, znižuje jas a sýtosť farieb. Operačný systém sa tiež snaží prispôsobiť normálny obsah sRGB širšiemu farebnému priestoru obrazovky HDR, čo spôsobuje ďalšie problémy. Bohužiaľ, na tento moment Systém Windows nie vždy automaticky prepne na HDR a späť, keď rozpozná príslušný obsah, takže to môže byť prípad, keď musíte prejsť do sekcie nastavení a manuálne nastaviť požadovanú možnosť (nastavenia > zobrazenie > HDR a pokročilé farby > vypnuté / zapnuté). Windows sa zobrazí s lepšia strana pri použití rozhrania HDMI – zdá sa, že toto pripojenie monitora správne prepína medzi obsahom SDR a HDR a dúfajme, že nebudete musieť zapínať alebo vypínať možnosť HDR v nastaveniach systému Windows zakaždým, keď spustíte iný obsah. Nie je to znakom problému s displejom a možno keď sa technológia HDR trochu usadí, dostaneme adekvátnejšiu podporu OS.

Zdieľanie PC a HDR obsahu má ešte jednu komplikáciu – podporu zo strany grafickej karty. Najnovšie karty NVIDIA a AMD podporujú HDR a dokonca majú zodpovedajúce porty: DisplayPort 1.4 alebo HDMI 2.0a+. Ak chcete plnohodnotný HDR zážitok, potrebujete špičkovú grafickú kartu. Okrem toho existuje množstvo ďalších zložitostí spojených s obsahom živého videa a ochranou (ak chcete, môžete tieto problémy ďalej preskúmať). K dnešnému dňu sú v predaji grafické karty s podporou HDR, ale je nepravdepodobné, že by v dohľadnej dobe klesla ich cena.

Napokon, ďalšou otázkou, ktorú treba zvážiť, je podpora obsahu HDR pri prezeraní na počítači. V súčasnosti sa filmy a videoobsah HDR vrátane streamovacích služieb, ako sú Netflix, Amazon Prime a YouTube, nebudú prehrávať správne na počítači z dôvodu bezpečnostných problémov. Tieto služby streamujú obsah HDR prostredníctvom svojich vyhradených aplikácií priamo do televízorov HDR, kde je ovládanie oveľa jednoduchšie vďaka nezávislému hardvéru. Značné množstvo obsahu HDR poskytovaného týmito vysielacími službami je teda v súčasnosti ťažké alebo nemožné zobraziť na osobnom počítači. Našťastie pripojenie externého Ultra HD Blu-ray prehrávača alebo set-top boxu s podporou HDR, ako je Amazon Fire TV 4K, k monitoru uľahčuje prácu a odstraňuje problémy so softvérom a hardvérom, pretože HDR je v týchto zariadeniach technicky zabudované.

Hranie s vysokým dynamickým rozsahom na PC je o niečo jednoduchšie, ak nájdete hry s podporou HDR, váš operačný systém je kompatibilný s HDR a máte vhodnú grafickú kartu. PC hier s podporou HDR zatiaľ nie je veľa – aj keď sú na trhu konzolových hier, nie vždy majú ekvivalentnú verziu HDR pre PC. Je zrejmé, že časom ich bude pribúdať, no zatiaľ vznikajú v pomerne malom množstve. Celkovo vzaté, toto je v súčasnosti dosť zložitá oblasť interakcie PC s HDR.

HDR obrazovka a externé zariadenia

Našťastie je to s externými zariadeniami jednoduchšie. Vstavaný firmvér Ultra HD Blu-ray prehrávača alebo set-top boxu (Amazon Fire TV 4K HDR atď.) uľahčuje život. Preniesť obsah HDR na obrazovku z týchto zariadení nie je ťažké – potrebujete len ten správny displej.

Pozornosť si zaslúžia aj herné konzoly, ktoré podporujú HDR. Tento segment Trh je už ako-tak vyrovnaný a vďaka konzistentnému softvérovému a hardvérovému rozloženiu týchto systémov sa pri prehrávaní HDR obsahu nebudete musieť obávať prípadných obmedzení zo strany operačného systému či grafickej karty. Podpora HDR na herných konzolách ako PS4, PS4 Pro alebo X Box One S je dostupná po pripojení k monitoru cez port HDMI 2.0a.

HDR štandardy a certifikácia: TV segment

Zatiaľ čo obsah HDR je vytvorený podľa určitých štandardov, samotné HDR displeje sa môžu líšiť vo výkone a podpore rôznych aspektov obrazu. Televízne obrazovky a v poslednej dobe aj PC monitory sa často predávajú ako „HDR“, líšia sa však svojimi špecifikáciami a úrovňou podpory technológie HDR. Aliancia UHD vznikla s cieľom zastaviť zneužívanie pojmu HDR najmä na televíznom trhu a zabrániť ďalšiemu množeniu mnohých zavádzajúcich špecifikácií a reklám. Aliancia je konzorcium výrobcov televízorov, vývojárov technológií a televíznych a filmových štúdií. Predtým neexistovali jasné štandardy pre HDR a výrobcovia displejov nevyvinuli žiadne špecifikácie, ktoré by používateľom poskytli informácie o úrovni podpory HDR. Ultra HD Alliance zverejnila 4. januára 2016 certifikačné požiadavky na „správnu HDR obrazovku“, so zameraním na segment TV, keďže v tom čase ešte neboli na trhu HDR počítačové monitory. Dokument zhrnul hlavné ustanovenia normy pre „správnu“ podporu HDR, ako aj množstvo ďalších kľúčových požiadaviek pre výrobcov, ktorí budú certifikovať svoju obrazovku ako „Ultra HD Premium“. Špecifikácia Ultra HD Premium sa zameriava na kontrast a farebný výkon.

Kontrast / Jas / Hĺbka čiernej

Existujú dve možnosti špecifikácie – pre LCD a OLED displeje – priamo súvisiace s aspektmi HDR.

Možnosť 1. Maximálny jas je 1 000 cd/m 2 alebo viac, úroveň čiernej je menej ako 0,05 cd/m 2, výsledkom čoho je kontrastný pomer 20 000:1. Táto špecifikácia predstavuje štandard Ultra HD Alliance pre LCD displeje.

Možnosť 2. Maximálny jas je viac ako 540 cd/m 2 , úroveň čiernej je menej ako 0,0005 cd/m 2 , výsledkom čoho je kontrastný pomer 1 080 000:1. Táto špecifikácia zodpovedá štandardu pre OLED displeje. V súčasnosti vedie boj o zvýšenie maximálneho jasu technológia OLED. Zatiaľ čo však zatiaľ nedokáže poskytnúť taký vysoký jas ako LCD obrazovky, oveľa väčšia hĺbka čiernej umožňuje OLED obrazovkám dosiahnuť veľmi vysoké kontrastné pomery, ktoré spĺňajú požiadavky HDR.

Okrem aspektov súvisiacich s HDR zahŕňa štandard Ultra HD Premium množstvo ďalších dôležitých požiadaviek, ktoré musia byť splnené, aby úspešne prešli certifikáciou:

Povolenie– Displej označený ako „Ultra HD Premium“ musí poskytovať rozlíšenie aspoň 3840 x 2160. Toto rozlíšenie sa často označuje ako „4K“, ale oficiálne je to „Ultra HD“ a „4K“ je 4096 x 2160.

Farebná hĺbka– displej musí akceptovať a spracovať 10-bitový farebný signál, aby poskytol väčšiu farebnú hĺbku. Z toho vyplýva schopnosť spracovať signály s viac ako 1 miliardou farieb Možno ste často počuli o televízoroch s 10-bitovými farbami, alebo skôr „deep color“. Toto spracovanie 10-bitového signálu umožňuje na obrazovke reprodukovať jemnejšie prechody farieb a keďže cieľom nie je zobraziť celú farebnú paletu na TV, ale iba spracovať 10-bitový signál, zvýšiť farebnú hĺbku nie je veľký problém.

Farebná škála- Jedna z certifikačných požiadaviek Ultra HD Alliance - Ultra HD Premium displej musí poskytovať širší farebný gamut než typické štandardy pre podsvietenie. Farebný rozsah TV obrazovky musí pokrývať štandardný sRGB / Rec. 709 (35 % farebnej škály ľudského oka), čo je asi 80 % požadovanej certifikácie. Čo sa týka farebného gamutu, displej musí vyhovovať štandardu DCI-P3 (54 % farebný gamut ľudského oka), ktorý je stanovený pre digitálne kiná. Tento rozšírený farebný priestor umožňuje viac veľký rozsah O 25 % viac farieb ako sRGB (t. j. 125 % sRGB). V skutočnosti je táto hodnota len mierne nad farebnou škálou Adobe RGB približne 117 % sRGB. Okrem toho je známy ešte širší farebný priestor (približne 76 % farebnej škály ľudského oka), ktorý sa nazýva BT. 2020 a je ešte ambicióznejším cieľom pre výrobcov displejov v budúcnosti. V súčasnosti nemá žiadny zo spotrebiteľských displejov farebný gamut ani zďaleka 90 % BT. 2020 však mnohé formáty obsahu HDR, vrátane verejnej domény HDR10, používajú tento farebný priestor ako plán pre budúcnosť, ktorá závisí od vývojárov displejov.

Možnosti pripojenia– Televízor vyžaduje rozhranie HDMI 2.0. Tento certifikačný program bol pôvodne vyvinutý pre televízny trh, ale DisplayPort je tiež bežnou možnosťou na trhu počítačových monitorov, ktorá sa používa na podporu vyšších (nad 60 Hz) obnovovacích frekvencií. Neprekvapilo by nás teda, keby sa certifikačný program Ultra HD Premium zmenil tak, aby zahŕňal monitory tak, aby obsahovali DisplayPort ako podporované rozhranie.

Displeje, u ktorých bolo oficiálne potvrdené, že spĺňajú tieto požiadavky, môžu niesť logo „Ultra HD Premium“, ktoré bolo špeciálne navrhnuté na tento účel. Majte na pamäti, že niektoré displeje, ktoré nemajú toto logo, sú stále inzerované ako displeje s podporou HDR. Špecifikácie HDR sú len súčasťou certifikačného programu, takže obrazovka môže podporovať HDR, ale nespĺňa ďalšie dodatočné požiadavky štandardu Ultra HD Premium (napríklad farebný gamut). Ak sa o obrazovke tvrdí, že je schopná HDR, ale nenesie logo Ultra HD Premium, nie je jasné, ako dosahuje vysoký dynamický rozsah alebo či skutočne spĺňa minimálne požiadavky, ktoré Ultra HD Alliance stanovila pre samotné HDR. V takýchto prípadoch môžete získať určitú predstavu o výhodách HDR, ale bude to neúplné. Ak displej prešiel certifikáciou a dostal logo Ultra HD Premium, tak si môžete byť istý, že sledujete „full HDR“ – teda aspoň v chápaní tohto pojmu vývojármi zodpovedajúcej špecifikácie z Ultra HD Alliance.

Monitory s HDR – ktoré sú tie „pravé“?

Televízny trh viac-menej rozhodol o požiadavkách na podporu HDR a je veľmi dobré, že pre televízne obrazovky existuje štandard Ultra HD Premium. Ktorý počítačový displej s HDR je však ten „pravý“? Ak sa vrátime trochu späť, vidíme, že sme spomínali spôsobom dosiahnuť vysoký dynamický rozsah (aplikovaná možnosť lokálneho stmievania), napr dôležitý aspekt. Môžete mať napríklad displej, ktorý spĺňa všetky špecifikácie Ultra HD Premium, ale má malý počet stmievacích zón v systéme s okrajovým osvetlením. Formálne sú všetky požiadavky splnené, no skutočný zážitok z HDR môže byť slabý. Na druhej strane môžete mať displej, ktorý má veľmi dobrú implementáciu FALD, ale nespĺňa všetky špecifikácie Ultra HD Premium – ide napríklad o relatívne malý displej, ktorý neposkytuje plné rozlíšenie Ultra HD. Technológia FALD ponúka lepšie ovládanie lokálneho stmievania, čo vedie k celkovému zážitku HDR, ktorý môže ďaleko prevyšovať zážitok z prvého displeja, ktorý spĺňa všetky certifikačné požiadavky, ale má slabší systém lokálneho stmievania podsvietenia. Druhý displej nemožno zaradiť medzi „poriadny“ HDR displej, aj keď v praxi funguje lepšie. Výber a implementácia špecifickej technológie lokálneho stmievania v displeji má veľký význam.

Pri výbere televízora s HDR si stačí dať pozor na systém podsvietenia a prítomnosť loga Ultra HD Premium, nevynímajúc možné nezrovnalosti medzi charakteristikami uvedenými v dokumentácii a štandardom.

Je možné toto všetko preniesť na trh monitorov? Tu sú veci opäť zložitejšie. Po prvé, neveríme, že rozlíšenie Ultra HD 3840 x 2160 je potrebné pre väčšinu monitorov. Pre veľkoformátovú TV obrazovku je to oveľa dôležitejšie, ale na bežnom 24-27" monitore počítača tento druh nepotrebuješ povolenie. Obraz bude aj bez neho stále dostatočne ostrý a jasný, zatiaľ čo obrazovka bude schopná spracovať obsah vo vyššom rozlíšení (napríklad Blu-ray Ultra HD), čím sa rozlíšenie zníži bez výraznej straty kvality obrazu – samozrejme, ak sa pozriete na obrazovku z o niečo väčšej normálnej vzdialenosti na sledovanie multimediálneho obsahu. Už len to spôsobuje problémy s certifikáciou Ultra HD Premium.

Ďalšou kontroverznou otázkou je maximálny jas. Štandard Ultra HD Premium špecifikuje 1000 cd/m 2 . To je dobré pre televízor, ktorý sledujete z niekoľkých metrov, ale čo tak monitor počítača, ktorý je zvyčajne vzdialený asi pol metra? Jas 1000 cd/m2 je potrebný na poskytnutie maximálnych detailov v jasných scénach, no v skutočnosti na blízko je to viac namáhavé oči. Toto je argument v prospech zníženia maximálneho nastavenia jasu pre počítačové monitory, a hoci sa niektoré detaily v svetelných efektoch a veľmi jasných scénach môžu stratiť (a detaily budú stále oveľa lepšie ako v SDR), vyhnete sa problémom spojeným s nepohodou. od vysokého jasu na blízko. Tu nedávame jednoznačné odporúčania pre alebo proti, ale jednoducho uvádzame oblasť možného nesúhlasu.

Špecifikácia Ultra HD Premium tiež momentálne nerieši bežné rozhranie DisplayPort, ktoré sa nachádza v počítačoch. Zatiaľ čo obrazovka musí mať port HDMI 2.0a+, ktorý je vhodný na pripojenie externých zariadení, DisplayPort bude pravdepodobne potrebné zahrnúť do špecifikácie na pripojenie k PC. Teoreticky by ste mohli mať čisto PC monitor bez akýchkoľvek HDMI portov, no s DP 1.4 na podporu HDR a momentálne nespĺňa štandard Ultra HD Premium, ktorý vyžaduje HDMI pre pripojenia kompatibilné s HDR.

Môže existovať potreba niekoľkých alternatívnych certifikačných programov HDR, ktoré zohľadňujú tu diskutované problémy a pomáhajú vyhnúť sa čiernobielej klasifikácii v duchu: „nepodporuje štandard Ultra HD Premium, takže toto je „nesprávne“ HDR obrazovka“. Domnievame sa, že táto argumentácia nie je úplne správna.

Podľa nášho názoru je v súčasnosti schopnosť počítačového monitora podporovať HDR určená nasledujúcimi parametrami (v zostupnom poradí dôležitosti):

1) Technológia lokálneho stmievania– Uprednostňuje sa technológia FALD a čím viac zón, tým lepšie.

2) Kontrast– 20 000:1 alebo viac, ako pre TV.

3) Farebná hĺbka a farebný gamut- dodatočný farebný priestor dáva viditeľný rozdiel vo vnímaní obrazu.

4) Maximálny jas– Plný jas 1000 cd/m2 nie je potrebný a nemusí byť nutne ideálny. Na ocenenie výhod HDR oproti obrazovkám SDR je však potrebný jas nad zvyčajných 300 – 350 cd/m2. V súčasnosti, berúc do úvahy možnosti výrobcov panelov, sa maximálne hodnoty jasu v oblasti 550-600 cd/m 2 zdajú byť optimálne pre široké použitie.

5) Možnosti pripojenia– Na podporu HDR budete potrebovať port HDMI 2.0a+ alebo DisplayPort 1.4 a myslíme si, že pri budúcej certifikácii displeja by ste mali zvážiť aj DP.

6) Povolenie– pre relatívne malé obrazovky počítača nie je rozlíšenie Ultra HD potrebné.

HDR na trhu počítačových monitorov

Už na začiatku sme spomenuli, že pojem HDR v súvislosti s počítačovými monitormi sa čoraz viac používa, a to aj v tlačových správach o pripravovaných modeloch. Výrobcovia monitorov stále prezentujú množstvo špecifikácií v snahe umiestniť svoju obrazovku ako „HDR“ – nový módny výraz na tomto trhu.

Tu je napríklad model LG 32UD99 (pozri obrázok vyššie), o ktorom sa tvrdí, že má Ultra HD rozlíšenie, 95 % farebný gamut DCI-P3 a podporu formátu HDR10. Technický list ani tlačové správy však nehovoria nič o použitej možnosti lokálneho stmievania a predpokladáme tam okrajové osvetlenie. Špecifikované hodnoty jasu 350 cd/m2 priemerný jas a 550 cd/m2 maximálny jas nespĺňajú prahovú požiadavku Ultra HD Premium ani hodnotu plného jasu HDR10 1000 cd/m2. Je to zvláštne, pretože spoločnosť LG konkrétne uviedla podporu HDR10 ako jednu z funkcií obrazovky. To znamená, že v tomto prípade nie je HDR ponúkané v plnom rozsahu a existuje množstvo otázok, ako to bude vyzerať v praxi. Špecifikácia monitora LG používa nasledujúce špeciálne logo: „HDR pre PC“.

Ešte väčší zmätok nastal s pojmom HDR v súvislosti s monitorom Dell S2718D. Tlačová správa spoločnosti Dell uvádza ako zhrnutie: "HDR monitor Dell je navrhnutý s ohľadom na používateľov PC, pričom špecifikácie sa líšia od súčasných štandardov HDR TV. Podrobnejšie informácie nájdete v špecifikáciách." Tu aspoň nesľubujú používateľom „plnú podporu HDR“. Táto obrazovka ponúka iba rozlíšenie 2560 x 1440, jas 400 cd/m2 a farebný gamut len ​​99 % sRGB / Rec. 709. O technológii lokálneho stmievania sa nič nehovorí a možno len hádať, čo tam ponúkajú za poskytovanie takzvanej podpory HDR. Žiadna zo špecifikácií sa nepribližovala televíznym štandardom, na ktoré sa mohli výrobcovia monitorov dokonca zamerať.

Ďalším je BenQ SW320 (pozri tiež vyššie), špeciálna obrazovka určená na profesionálnu úpravu fotografií. Tu sa špecifikácia, pokiaľ ide o deklarovanú podporu HDR a prinajmenšom niektoré aspekty výkonu, zdá byť zameraná na požiadavky televízneho štandardu: rozlíšenie Ultra HD, 10-bitová hĺbka reprodukcie farieb a 100 % farebný gamut DCI-P3 . Nárokovaný jas je však len 350 cd/m2, takže opäť sú tu otázniky nad výslednou kvalitou podpory HDR.

Na trhu počítačových monitorov je teda v súčasnosti veľa modelov, ktoré sú propagované ako „HDR displeje“ a množstvo špecifikácií, ktoré nespĺňajú ani jeden štandard. Podobná situácia bola na televíznom trhu, keď sa objavili prvé HDR televízory, a to bol jeden z dôvodov, prečo Ultra HD Alliance vyvinula svoj systém štandardizácie a certifikácie. Skôr či neskôr sa na trhu počítačových monitorov muselo stať niečo podobné – požičanie alebo doplnenie štandardu „Ultra HD Premium“ alebo niečo iné. Zdá sa, že najmä dvaja poprední výrobcovia grafických kariet majú svoje vlastné nápady na certifikáciu a štandardy pre HDR v tomto segmente. A koncom minulého roka VESA predstavila certifikačný systém „DisplayHDR“. O tomto všetkom sa bude ďalej diskutovať. V tomto bode vám odporúčame, aby ste boli opatrní, keď počujete výraz „HDR“ v súvislosti s počítačovými monitormi, pretože to môže znamenať veľmi odlišné veci. V našich novinkách a recenziách sa pokúsime pokryť charakteristiky konkrétnych modelov, ktoré budú ohlásené ako displeje s podporou HDR.

Prístup NVIDIA a herné displeje HDR s technológiou FALD

V januári 2017 spoločnosť NVIDIA oznámila vývoj novej generácie technológie G-sync. Technológia G-sync poskytuje podporu premenlivej obnovovacej frekvencie, ktorá pomáha zlepšiť herný výkon kompatibilných grafických kariet a displejov, ako aj predchádzať problémom, ako je trhanie a zasekávanie v hrách, kde môže snímková frekvencia počas hry kolísať. Nová generácia G-sync má za cieľ podporovať aj HDR a nazýva sa „G-sync HDR“. Táto technológia bola vyvinutá spoločnosťou NVIDIA v spolupráci s AU Optronics, jedným z nich najväčších výrobcov obrazovkové panely. Na rozdiel od HDR televízorov boli monitory G-sync HDR, ktoré kombinujú výhody G-sync s podporou obsahu HDR, od základov navrhnuté tak, aby sa vyhli väčšine problémov s oneskorením vstupu, ktoré boli bežné pri televízoroch HDR. Okrem toho, a čo je možno ešte dôležitejšie, pokiaľ ide o podporu HDR, sa uvádza, že nové obrazovky G-sync HDR obsahujú systém podsvietenia s technológiou FALD, aby sa čo najlepšie využilo lokálne stmievanie a samotné HDR. Aspoň o tom hovoria.

Existujú tiež náznaky, že spolu s podporou HDR NVIDIA pracuje na tom, aby boli displeje v súlade so zvyškom štandardu Ultra HD Premium. Displeje s G-sync HDR budú mať farebný gamut veľmi blízky DCI-P3. Požadovaný farebný gamut (~125 % sRGB) sa dosiahne pomocou novo vyvinutej technológie Quantum Dot. Technológia Quantum Dot Enhancement Film (QDEF) sa používa na vytváranie hlbších a sýtejších farieb na obrazovke. Film QDEF, ktorý bol prvýkrát použitý v špičkových televízoroch, je potiahnutý nanoskopickými bodkami, ktoré vyžarujú svetlo presne definovanej farby na základe veľkosti bodu, čím reprodukujú jasné, bohaté a meniace sa odtiene v celom rozsahu farieb od tmavozelenej po hlboké. zelená, červená až jasne modrá. Ide o moderný, cenovo výhodnejší spôsob, ako dosiahnuť širší farebný gamut než sRGB, bez potreby plne diskrétneho (a drahšieho) RGB-LED podsvietenia. Toto širokospektrálne podsvietenie sa niekedy vyskytuje iba na profesionálnych obrazovkách a technológiu Quantum Dot uvidíte na mnohých obrazovkách v akomkoľvek segmente trhu. Mainstreamové, multimediálne a herné displeje budú masívne využívať technológiu Quantum Dot, ak sa tak výrobcovia rozhodnú. Závisí to aj od výberu panela obrazovky a typu podsvietenia. Technológia Quantum Dot sa dá použiť na bežných obrazovkách s podsvietením W-LED na zvýšenie farebného gamutu, ako aj na obrazovkách s maticovým podsvietením, ako sú nové obrazovky s podporou G-sync HDR. Použitie technológie Quantum Dot však nemusí nutne znamenať možnosť podpory HDR. Môžete nájsť veľa Quantum Dot displejov, ktoré neponúkajú HDR a nemajú maticové podsvietenie. Tieto displeje používajú Quantum Dot jednoducho na zvýšenie farebnej škály a poskytujú bohatšie a živšie farby, ktoré sú všeobecne vítané v hrách a multimédiách. V prípade displejov HDR je technológia Quantum Dot metódou na zvýšenie farebného gamutu, aby spĺňal aj štandard Ultra HD Premium. Displeje poháňané NVIDIA podporujú HDR pomocou maticového systému podsvietenia na vytvorenie lokálneho stmievania, zatiaľ čo na rozšírenie farebného gamutu využíva technológiu Quantum Dot.

V roku 2017 bolo oznámených niekoľko G-sync HDR displejov, pričom prvým bol Asus ROG Swift PG27UQ. Tento model využíva 384-zónové podsvietenie FALD a ponúka rozlíšenie 3840 x 2160 Ultra HD, maximálny jas 1000 cd/m2, 125% farebný gamut sRGB a ďalšie pôsobivé funkcie, ako je obnovovacia frekvencia 144 Hz (prvá na obrazovke Ultra HD). Konkurenciu tvoria modely od Acer - Predator X27, a od AOC - AGON AG273UG. Všetko sú to 27-palcové modely a je zaujímavé vidieť tu implementáciu technológie FALD pre optimálnu podporu HDR. Tieto displeje sa oneskorili v roku 2017 a je nepravdepodobné, že dorazia v prvom štvrťroku 2018.

Predstavené boli aj dve väčšie obrazovky: Acer Predator X35 a Asus ROG Swift PG35VQ, 35-palcové ultraširoké modely s 512 zónami podsvietenia FALD. Tieto displeje ponúkajú rozlíšenie 3440 x 1440 (čo technicky nespĺňa požiadavku na rozlíšenie Ultra HD 3840 x 2160), no tvrdia maximálny jas 1000 cd/m 2 a farebný gamut 90 % DCI-P3.

Je možné, že rad displejov s technológiou NVIDIA G-sync HDR sa bude vyvíjať smerom k zhodným už teraz existujúci štandard„Ultra HD Premium“, ale keďže poznáme NVIDIA, je ľahké predpokladať, že môžu zaviesť svoj vlastný „najlepší“ štandard na certifikáciu obrazoviek G-sync HDR. Uvádza to oficiálny dokument NVIDIA „HDR displej vyžaduje sofistikované technické riešenia, ktoré kombinujú vysoký jas, vysoký kontrast, široký farebný gamut a vysoké obnovovacie frekvencie.“ Prvé tri požiadavky sú neoddeliteľnou súčasťou špecifikácií štandardu Ultra HD Premium a posledná je doplnok od spoločnosti NVIDIA, zjavne navrhnutý tak, aby používal G-sync a stimuloval ďalší vývoj displeje s vysokou (viac ako 60 Hz) obnovovacou frekvenciou. Napríklad spomínané 27-palcové modely majú obnovovaciu frekvenciu 144 Hz, zatiaľ čo 35-palcové modely ponúkajú 200 Hz. S najväčšou pravdepodobnosťou teda namiesto loga Ultra HD Premium budú príslušné displeje niesť logo „NVIDIA G-sync HDR“. Čas ukáže.

Ako vedľajšiu poznámku z grafického hľadiska uvádzame, že grafické procesory NVIDIA Maxwell a Pascal podporujú HDR10 cez DisplayPort a HDMI, pričom NVIDIA neustále monitoruje a vyhodnocuje nové formáty a štandardy, keď sa objavia.

Prístup AMD a technológia FreeSync 2

Minulý rok spoločnosť AMD oznámila svoj najnovší vývoj technológie s premenlivou obnovovacou frekvenciou FreeSync, ktorá je na vzostupe od roku 2015. Nová verzia technológie s názvom FreeSync 2 sa zameriava aj na obnovovaciu frekvenciu obrazovky, no s podporou vysokej dynamiky rozsah (HDR). Nie je navrhnutý tak, aby nahradil FreeSync, ale ako komplexné riešenie toho, čo môže AMD a jej partneri na trhu monitorov a hier urobiť pre zlepšenie kvality hrania v high-end triede. FreeSync 2 sa viac zameriava na vysoký cenový segment herného trhu, čo sa vysvetľuje nákladmi na vývoj tejto technológie.

Podpora HDR je vo vývojovom centre. Ako Brandon Chester opakovane uviedol na webovej stránke Anandtech, podpora displejov novej generácie so systémom Windows je prinajlepšom chaotická. Vysoké rozlíšenie HiDPI nefunguje dobre a zatiaľ nebolo prijaté žiadne komplexné a konzistentné rozhodnutie o podpore monitorov s HDR a/alebo farebným gamutom väčším ako sRGB. Najnovšie aktualizácie systému Windows 10 trochu pomohli, ale nevyriešia všetky problémy a zjavne nie sú určené pre hráčov, ktorí majú staršie OS. Windows jednoducho nemá správne vstavané kanály podpory HDR, takže je ťažké používať obrazovku HDR so systémom Windows. Ďalším problémom je, že monitory HDR môžu mať ďalšie oneskorenia vstupu vytvorené ich internými procesormi.

FreeSync 2 rieši tieto problémy zmenou celého komunikačného systému displeja, čo by malo vyriešiť problémy so systémom Windows a monitor, ak je to možné, vypnúť. Technológia AMD FreeSync 2 je v podstate optimalizáciou systému prenosu údajov displeja na uľahčenie podpory HDR a širokého farebného gamutu, ako aj na zlepšenie výkonu obrazovky. To tiež pomáha znížiť latenciu vrátane dodatočných oneskorení vstupu (input lag) pri spracovaní signálu HDR. O technických detailoch a požiadavkách si môžete prečítať na stránke Anandtech.

Keďže všetky karty AMD s FreeSync 1 (vrátane tých s architektúrou GCN 1.1 a novšou) už podporujú HDR aj variabilnú obnovovaciu frekvenciu, bude FreeSync 2 fungovať aj na týchto kartách. Všetky GPU, ktoré podporujú FreeSync 1, budú môcť podporovať aj FreeSync 2. Všetko, čo musíte urobiť, je aktualizovať ovládače.

Zatiaľ čo predpokladáme, že špecifikácie FreeSync 2 sa ešte len blížia k štádiu certifikácie, už existuje niekoľko monitorov, ktoré podporujú FreeSync 2. Napríklad model Samsung C32HG70 podporuje AMD FreeSync a HDR. Tento model využíva osvetlenie okrajov na vytvorenie lokálneho stmievania a nespĺňa špecifikácie Ultra HD Premium, čo naznačuje, že prístup AMD k podpore HDR môže byť flexibilnejší.

Zobraziť štandardy HDR

Ako sme už mnohokrát povedali, štandard Ultra HD Premium HDR bol navrhnutý pre televízne obrazovky. A tak koncom roka 2017 VESA predstavila svoje nový systém certifikácia "DisplayHDR" - už pre počítačové monitory. Bol vyvinutý za účasti viac ako 20 spoločností vrátane AMD, NVIDIA, Samsung, Asus, AU Optronics, LG.Display, Dell, HP a LG a je "Prvý plne otvorený štandard v odvetví počítačových displejov, ktorý definuje kvalitu obrazu HDR a súvisiace výkonové požiadavky na jas, farebný rozsah, farebnú hĺbku a čas odozvy pri zvýšení jasu."

V prvom vydaní DisplayHDR verzie 1.0 sa zamerali na LCD displeje, pričom problémy s certifikáciou HDR pre OLED a ďalšie technológie zrejme nechali na budúcnosť. Pre LCD počítačové displeje zaviedol certifikačný systém DisplayHDR 3 úrovne: nízku, strednú a vysokú. Klasifikácia VESA je nasledovná (citujeme):

Charakteristiky vybrané ako klasifikačné kritériá sú tiež uvedené na webovej stránke VESA v nasledujúcej tabuľke:

Keďže samotná myšlienka zavedenia určitej jednotnosti na trhu počítačových monitorov HDR sa nám zdá veľmi rozumná, vyjadríme svoje myšlienky aj v tejto veci. Hlavným problémom sú veľmi nízke požiadavky na základné HDR displeje, ktoré by mohli dotlačiť množstvo výrobcov do neférového a zavádzajúceho marketingu. Možno je to pod ich tlakom, že VESA prijala také nízke štandardy, že im to umožňuje, aby sa uchytili v trendovej téme a predávali svoje obrazovky certifikované ako „HDR“? Už teraz sa tešíme, že na trhu uvidíme veľa obrazoviek s certifikáciou „DisplayHDR 400“, čo kupujúcemu sľubuje podporu pre obsah HDR a zodpovedajúci výkon. Zle informovaný používateľ to môže brať ako nominálnu hodnotu, hoci v skutočnosti, pokiaľ vieme, úroveň 400 tejto klasifikácie neponúka nič, čo by podľa Technické špecifikácie a schopnosti by obrazovku priblížili skutočnému HDR. Nevidíme, ako tieto obrazovky výrazne prekonajú väčšinu displejov, ktoré boli dostupné pred HDR. vysvetľujeme.

Ak sa pozriete na štandardnú požiadavku na úroveň DisplayHDR 400, uvidíte 8-bitovú kvalitu obrazu, ale 27" a väčšie IPS a VA panely už túto požiadavku spĺňajú. Mnohé TN filmové panely (v rovnakom rozsahu veľkostí) sú tiež 8- bit. bit.Na zvýšenie kontrastu štandard poskytuje iba podporu pre technológiu všeobecného stmievania.Funguje iba s jasom celej obrazovky v závislosti od obsahu konkrétnej scény, inými slovami ide o dlho- známa technológia dynamického kontrastu (DCR).Áno, v praxi mierne zvyšuje dynamický kontrast, ale DCR sa na dlhú dobu do značnej miery vytratila.Mnohým sa to nepáči a čo je najdôležitejšie, takáto obrazovka neukáže skutočné výhody HDR v porovnaní s obrazom, ktorý môže poskytnúť systém podsvietenia DCR. Lokálne stmievanie s diskrétnym ovládaním podsvietenia v malých oblastiach určuje schopnosť obrazovky reprodukovať obraz HDR, čím sa odlišuje od bežných obrazoviek. A úprimne povedané, nemyslíme si, že obrazovka bez lokálneho stmievania tak či onak by sa nemala uvádzať na trh ako HDR. Maximálny požadovaný jas je len 400 cd/m2, čo je hodnota, ktorú už dosiahli mnohé displeje pred HDR. Aj keď väčšina displejov dnes ponúka jas 300 – 350 cd/m 2 , mierny nárast až o 400 cd/m 2 nerobí výrazný rozdiel. To nás nepribližuje k maximálnym hodnotám jasu v HDR10 a Dolby Vision (a ďalších). V tabuľke špecifikácií je uvedená aj požiadavka na kontrast, ktorá by pre tieto obrazovky mala byť „aspoň 955:1“... a je už dosiahnutá vo väčšine moderných panelov. Hodnota uvedená v tabuľke pri charakteristike „tunel“ nám síce sľubuje kontrastný pomer minimálne 4000:1. Napokon, pokiaľ ide o farebný gamut, DisplayHDR 400 vyžaduje len 95 % farebného priestoru ITU-R BT.709, t.j. v podstate 95 % sRGB, čo dnes môže poskytnúť takmer každý displej.

Teraz môžete vidieť, prečo nám záleží na štandarde DisplayHDR 400 základnej úrovne – výsledkom jeho prijatia by mohlo byť masívne zneužitie certifikácie HDR pre displeje, ktoré sa len veľmi málo (alebo vôbec) líšia od bežných modelov. Štandardy DisplayHDR 600 a 1000 sú našťastie adekvátnejšie a už sú v oblasti toho, čo by sme nazvali dobrým alebo správnym HDR. Úroveň DisplayHDR 600 vyžaduje maximálny jas 600 cd/m2, čo je výrazné zlepšenie oproti bežným displejom a zodpovedá vysokému jasu obsahu HDR. Úroveň 600 navyše predpokladá podporu 10-bitového farebného signálu (farebná hĺbka - 8-bit + FRC), kontrastný pomer 6000: 1 a čo je najdôležitejšie, povinné používanie lokálneho stmievania. Požadovaný farebný gamut sa tiež zvýšil na 90 % DCI-P3, čím sa už približuje televíznym štandardom. Do tejto strednej kategórie HDR displejov dobre zapadajú modely ako Samsung C32HG70.

Najvyššia úroveň DisplayHDR 1000 je veľmi blízka štandardu Ultra HD Premium TV. Vyžaduje maximálny jas 1000 cd/m 2, kontrastný pomer 20 000:1, podporu 10-bitovej farebnej hĺbky (minimálne 8-bit + FRC) a farebný gamut 90 % DCI-P3. A opäť - nutnosť použiť lokálne stmievanie. Predpokladáme, že väčšina modelov na tejto úrovni jasu bude musieť používať technológiu FALD, aj keď nie je uvedená ako špecifická požiadavka v tomto certifikačnom programe. Ďalší zaujímavý bod: pre úrovne 600 a 1000 sa uvádza „doba odozvy so zvyšujúcim sa jasom“ (z čiernej na bielu). Táto charakteristika nesúvisí s dobou odozvy pixelu v bežnom zmysle, ale určuje, ako rýchlo sa spustí podsvietenie pri zmene z čiernej na bielu – t.j. ako dlho trvá prechod z minimálneho jasu tmavej HDR scény na maximálny jas bieleho bodu, keď sa objaví. Rýchla doba odozvy podsvietenia zaisťuje, že nedochádza k nepríjemným oneskoreniam pri stmievaní a rozjasňovaní obrazu, ako aj k rozmazaným stopám za pohyblivými objektmi. V štandarde VESA DisplayHDR je čas odozvy definovaný ako prechod od prahu jasu 10 % po maximálny jas. Pre displeje 600 a 1000 HDR nastavila VESA maximálnu dobu odozvy 8 snímok, čo vo väčšine prípadov očakávajú menej. Na obrazovke s frekvenciou 60 Hz je 8 snímok ekvivalentných približne 133,33 ms, čo je oveľa menej ako podobná doba odozvy monitora Dell UP2718Q (približne 624 ms). Je zaujímavé sledovať, koľko displejov dnes uspokojí túto požiadavku. Pri 100 Hz by doba odozvy nemala presiahnuť 80 ms a pri 144 Hz by nemala byť väčšia ako 55,56 ms.

Norma VESA nekladie špeciálne požiadavky na rozlíšenie a pomer strán obrazovky HDR. Myslíme si, že je to dobrý nápad vzhľadom na rôzne rozlíšenia, veľkosti a formáty počítačových monitorov. Charakteristiky audio systému boli tiež ponechané v zákulisí, pretože nesúvisia s HDR. Okrem toho sa VESA stala prvou organizáciou v oblasti štandardizácie a certifikácie, ktorá sa rozvíja otvorená metodika testovanie, ktoré používateľom umožní testovať HDR obrazovku bez toho, aby museli investovať do drahého laboratórneho vybavenia. Test DisplayHDR bude dostupný v Q1 2018.

V našich ďalších recenziách displejov HDR sa pozrieme na ich výkon z hľadiska rôznych štandardov, ako aj – keď bude dostupný – nový softvér na ich testovanie.

Záver

Stručne povedané, technológia HDR sa vyvíja pre dynamickejší obraz a je posilnená skutočnosťou, že potrebné vylepšenie kontrastu sa musí vykonať v rámci obmedzení technológií panelov obrazovky. Predstavuje výrazné zlepšenie výkonu obrazovky a predstavuje progresívny trend v zobrazovacej technológii. Existuje niekoľko spôsobov implementácie podpory HDR s ovládaním podsvietenia, niektoré z nich sú efektívnejšie (najvýhodnejšia je metóda maticového podsvietenia). Na televíznom trhu sa technológia HDR vyvíjala dva až tri roky, a to najmä vďaka vzniku veľkého množstva hier a filmov vo formáte HDR. Keď hovoríme o HDR, výrobcovia televízorov majú tendenciu kombinovať vysoký dynamický rozsah s inými charakteristikami obrazovky, konkrétne s vysokým rozlíšením (zvyčajne Ultra HD 3840 x 2160) a širokým farebným gamutom (blízko DCI-P3). Kvôli nesprávnemu používaniu pojmu HDR na televíznom trhu a vzniku mnohých rôznych špecifikácií a štandardov pre televízne obrazovky vznikla Ultra HD Alliance, ktorá mala upratať neporiadok. Táto organizácia vyvinula certifikačný program „Ultra HD Premium“, ktorý definoval požiadavky na obrazovku z hľadiska HDR, farebného výkonu, rozlíšenia a ďalších. Tieto požiadavky sa stali akýmsi „zlatým štandardom“ pre HDR televízory.

Technológia HDR prišla na trh počítačových monitorov neskôr. Pokiaľ ide o prezeranie obsahu, používanie HDR na počítači je stále dosť ťažké, ale pripojenie externých zariadení, ako sú prehrávače Blu-ray Ultra HD a moderné herné konzoly, k monitoru značne uľahčuje prácu. Čo sa týka parametrov samotného displeja, na rozdiel od už zavedeného televízneho trhu nie je vo výklade pojmu HDR vo vzťahu k počítačovému monitoru úplná jednoznačnosť a ponúkajú sa úplne iné špecifikácie. Jedným slovom ešte nie je poriadok. NVIDIA a AMD vyvíjajú svoje vlastné prístupy k štandardizácii v tejto oblasti, pričom technológia NVIDIA G-sync HDR sa podľa špecifikácie zameriava na existujúci štandard Ultra HD Premium TV. Hoci VESA predstavila svoj certifikačný systém DisplayHDR, s najväčšou pravdepodobnosťou zostaneme v situácii podobnej tej, ktorú nedávno zažil trh s televízormi, kde boli navrhnuté aj rôzne špecifikácie a interpretácie spolu so všeobecným (ne)pochopením pojmu HDR. To všetko bude existovať paralelne so štandardom DisplayHDR s jeho tromi kategóriami, čo tu pravdepodobne veľmi nepomôže. Pri výbere monitora buďte opatrní – „HDR“ nemusí vždy znamenať to isté.

Slovo "fotografia" pochádza z gréckych slov phos A grafe, čo znamená svetlo A kreslenie, resp. Vyhotovenie fotografie teda vo svojej najprísnejšej definícii doslova znamená „maľovanie svetlom“. Ale maľovanie svetlom môže byť dosť zložité vzhľadom na množstvo svetla, s ktorým musíte pracovať!

Niekedy sa môžete ocitnúť v situácii s veľkým množstvom svetla, napríklad vonku alebo v dobre osvetlenej miestnosti, a inokedy je svetlo také slabé, že si musíte vytvoriť vlastný zdroj s bleskom alebo nechať uzávierku otvorenú. dlhšiu dobu. Je však pravdepodobné, že pri fotení budete mať v konečnom dôsledku toľko svetla ako tiene, a preto bude veľmi ťažké získať požadovaný obrázok. Našťastie existuje pojem, ktorý vám v takýchto situáciách pomôže – je ním dynamický rozsah. Keď budete vedieť, čo to znamená a ako to ovplyvňuje vaše fotografie, pomôže vám to dosiahnuť požadované zábery.

Nastavenia scény

Dynamický rozsah má vo fotografii dve hlavné použitia. Prvý sa týka scény, ktorú fotografujete, zatiaľ čo druhý má technickejší charakter a pomáha opísať vlastnosti snímača fotoaparátu. (Je to malý obdĺžnikový mikročip, ktorý fotoaparát používa na vytváranie obrázkov, podobne ako malý štvorec digitálneho filmu).

Vo väčšine prípadov sa fotograf snaží urobiť obrázok dobre exponovaný, čo znamená, že svetlá nie sú príliš svetlé a tmavé oblasti nie sú príliš tmavé. V tomto zmysle sa dynamický rozsah vzťahuje na celkové množstvo svetla prijatého v danej scéne. Ak fotografujete s množstvom svetlých oblastí vyplnených svetlom v kombinácii s tmavými oblasťami zahalenými v tieňoch, potom možno opísať, že scéna má široký dynamický rozsah (vysoký kontrast). Ak je však scéna osvetlená tak, že nie je ani príliš svetlá, ani príliš tmavá, potom sa dá povedať, že má nízky dynamický rozsah (nízky kontrast).

Tento záber husi má nízky dynamický rozsah, čo znamená, že je exponovaný rovnomerne bez akýchkoľvek oblastí zreteľného svetla alebo tmy.

Nie správne A nesprávne

Neexistujú žiadne zlé alebo dobré scény, ale je dôležité vedieť, kedy budete fotiť a v akých svetelných podmienkach, aby ste mohli podľa toho plánovať. Ak fotografujete uprostred dňa, pravdepodobne skončíte s veľmi jasným obrazom s množstvom tieňov, pretože slnečné svetlo je intenzívne a nad hlavou. Toto sa nazýva scéna s vysokým dynamickým rozsahom, pretože obsahuje veľmi svetlé a veľmi tmavé prvky. Aby ste dosiahli požadovaný záber, musíte vedieť ovládať scénu aj fotoaparát.

Toto snímka hus bol vyrobené V podmienky, ktoré viedol Komu vysoká dynamický rozsah. Niektoré oblasti sú veľmi svetlé, zatiaľ čo iné sú skryté v tieni.

Pass jeho vízie

Pri fotografovaní je dôležité zvážiť dynamický rozsah. Pochopenie situácie, v ktorej fotografujete, je predpokladom na dosiahnutie požadovaného výsledku. Pri maľovaní svetlom musíte pochopiť, ako to ovplyvňuje vaše zábery.

Napríklad tu je portrét, ktorý som urobil vonku za slnečného dňa. Moja modelka bola dobre osvetlená, ale pozadie za ňou bolo príliš svetlé. To malo za následok, že som s obrázkom nebol spokojný. Pozornosť diváka by mala byť na jej tvári, ale svetlé pozadie pôsobí rušivo.

Histogram vám poskytne informácie o dynamickom rozsahu

Pohľad na histogram tohto obrázku potvrdzuje to, čo som pochopil z pohľadu na scénu. Väčšina údajov je rozptýlená vľavo a vpravo. To znamená, že scéna obsahuje veľmi svetlé aj veľmi tmavé oblasti, a preto má široký dynamický rozsah.

Takéto fotografie nemusia byť nevyhnutne neúspešné. Niektorí fotografi uprednostňujú široký dynamický rozsah, ktorý vytvára dojem kontrastu a údernosti, ktorý pri plochej expozícii často chýba. Osobne nie som veľkým fanúšikom tohto typu snímok a v tomto prípade sa to dalo ľahko napraviť tak, že sa len trochu otočili a použili budovu na rovnomernejšiu expozíciu.

Opäť sa môžem pozrieť na histogram v Lightroom a vidím, že dáta už nie sú rozdelené na dva extrémy, ale sú rozdelené rovnomernejšie. Okrem toho môžete na fotoaparáte použiť živý náhľad a počas snímania vidieť histogram v reálnom čase. Ak vidíte, že to vyzerá ako dve hory s údolím medzi nimi, potom to znamená, že scéna bude oveľa kontrastnejšia, než by ste možno chceli.

HDR- vysoký dynamický rozsah

Jeden trik, ktorý niektorí fotografi v poslednej dobe používajú, sa nazýva HDR alebo spracovanie s vysokým dynamickým rozsahom. Je to spôsob, ako vyťažiť maximum z kombinácie viacerých kompozícií v jednom obrázku použitím iba tých správnych častí. Takže v scéne, kde sú veľmi svetlé a tmavé oblasti, môžete nasnímať niekoľko záberov – podexponovaných aj preexponovaných a skombinovať ich v programe v telefóne alebo v počítači a skončiť s rovnomerne exponovanou snímkou. Jedinou nevýhodou je, že výsledný obrázok môže pre ľudské oči vyzerať nepravdepodobne a umelo (ak je technika HDR použitá nesprávne).

technológie spasenie

Ľudské oko je biologický zázrak. Ani moderné digitálne fotoaparáty sa nedokážu priblížiť k našim vlastným očným prístrojom. Senzory digitálnych fotoaparátov dnes o krok vpred pred svojimi predchodcami, ktorí existovali pred 10 alebo dokonca 5 rokmi, ale naše vlastné oči ich ľahko prekonajú, keď rozprávame sa o dynamickom rozsahu.

Extrémne vysoký dynamický rozsah a problém, ktorý so sebou prináša

Skúste napríklad stáť v miestnosti za slnečného dňa s množstvom tieňov. Vznikne tak scéna s vysokým dynamickým rozsahom, pretože obsahuje veľmi svetlé oblasti (mimo okna) aj veľmi tmavé oblasti (vnútri miestnosti). Vaše oči budú stále schopné rozlíšiť farby a tvary vo vnútri miestnosti, ako aj všetko mimo okna. Ale skúste to odfotiť. Skončíte s obrázkom vystaveným svetlým bodom (t. j. vonku) s tmavou miestnosťou alebo vystaveným miestnostiam (t. j. tieňom) a za oknom nebude nič vidieť.

Kamera vystavená svetlým bodom, pričom miestnosť zostáva v tme.

Väčšina kamier vykresľuje scénu týmto spôsobom. Technikou HDR je však možné vytvoriť viacero snímok s rôznou expozíciou, ktoré možno spojiť do jedného rovnomerne exponovaného záberu.

Kamera exponovaná v tieni, vďaka čomu je pohľad mimo okna príliš svetlý.

Technológia sa vyvíja

Zatiaľ čo naše oči sú lepšie ako akýkoľvek fotoaparát, snímače digitálnych fotoaparátov sú v poslednej dobe oveľa lepšie pri zachytávaní jasných a tmavých častí scény, ale len tých najsvetlejších a najtmavších. V tomto zmysle sa pojem „dynamický rozsah“ netýka svetelných podmienok, ale schopností snímača fotoaparátu.

Niektoré modely ako Nikon D810 alebo Canon 5D Mark IV sú také pokročilé, že je možné spracovať jeden RAW obrázok so schopnosťou obnoviť všetky dáta, ktoré by sa normálne stratili. Napríklad, keď som fotil tento východ slnka, exponoval som svetlá a získal som pekný čistý obraz so sýtymi farbami na oblohe, ale vedľajším efektom bolo, že zem úplne sčernela.

Vďaka technológii v snímači Nikon 750 fotoaparát zachytí oveľa viac údajov, než by ste na začiatku mohli vidieť. Fotil som do RAW pri ISO 100, čo znamená, že som mohol využiť veľké množstvo dát na tomto obrázku a obnoviť ho z tieňov.

Rovnaký obrázok, ale s oveľa menšími tieňmi po spracovaníLightroom.

Toto je prehnaný príklad a vo všeobecnosti neodporúčam tento druh ťažkého spracovania. Ale používam to na ilustráciu toho, aký dynamický rozsah majú moderné snímače fotoaparátov. Ďalší príklad je možno realistickejší a ukazuje dôležitosť snímača schopného zachytiť vysokú úroveň dynamického rozsahu.

Prvý obrázok je priamo z fotoaparátu (Nikon D7100). Hoci sú prvky pozadia celkom dobre exponované, veverička a drevo sú príliš tmavé. Keďže samotná scéna má vysoký dynamický rozsah, je dosť ťažké dosiahnuť správnu expozíciu. Našťastie som mohol použiť Lightroom na vytiahnutie množstva detailov v tieňoch, ktoré by sa stratili, ak by mal snímač nízky dynamický rozsah.

Surový záber s dobre exponovanou oblohou a podexponovanými objektmi.

Niekoľko kliknutí myšou na mojom počítači urobilo originál oveľa lepším.

Záver

V priebehu rokov výrobcovia fotoaparátov súťažili o vytvorenie produktu, ktorý má viac megapixelov. Ale v poslednom čase sa tieto preteky v digitálnom zbrojení zastavili, pretože 20-24 megapixelov, ktorými je vybavená takmer väčšina fotoaparátov najvyšší stupeň vhodné pre takmer každú situáciu. Namiesto toho sa pozornosť presunula na zlepšenie vecí, ako je ISO a rozšírenie dynamického rozsahu snímača. Takto to bude pokračovať, kým nebudú senzory dostatočne dobré na to, aby urobili kvalitné fotografie za každých podmienok.

Naozaj, žijeme v takých úžasných časoch, keď naše fotoaparáty dokážu vytvárať nádherné zábery svetla, takpovediac, v takmer akomkoľvek svetle.

© stránka 2014

Alebo fotografická šírka fotografický materiál je pomer medzi maximálnymi a minimálnymi hodnotami expozície, ktoré je možné správne zachytiť na obrázku. Aplikovaný na digitálna fotografia dynamický rozsah je v skutočnosti ekvivalentný pomeru maximálnych a minimálnych možných hodnôt užitočného elektrického signálu generovaného fotosenzorom počas expozície.

Dynamický rozsah sa meria v expozičných krokoch (). Každý krok zodpovedá zdvojnásobeniu množstva svetla. Napríklad, ak má určitá kamera dynamický rozsah 8 EV, potom to znamená, že maximálna možná hodnota užitočného signálu jej matice súvisí s minimom 2 8: 1, čo znamená, že kamera dokáže zachytiť objekty, ktoré sa líšia jasom v rámci jedného záberu maximálne 256-krát. Presnejšie povedané, dokáže zachytiť objekty s akýmkoľvek jasom, avšak objekty, ktorých jas prekročí maximálnu povolenú hodnotu, budú na obrázku oslnivo biele a objekty, ktorých jas bude pod minimálnou hodnotou, budú uhlovo čierne. Detaily a textúra budú rozlíšiteľné len na tých objektoch, ktorých jas zapadá do dynamického rozsahu fotoaparátu.

Na popísanie vzťahu medzi jasom najsvetlejšieho a najtmavšieho z fotografovaných objektov sa často používa nie celkom správny termín „dynamický rozsah scény“. Správnejšie by bolo hovoriť o rozsahu jasu alebo úrovni kontrastu, pretože dynamický rozsah je zvyčajne charakteristikou meracieho zariadenia (v tomto prípade matice digitálny fotoaparát).

Bohužiaľ, rozsah jasu mnohých krásnych scén, v ktorých sa stretávame skutočný život, môže výrazne prekročiť dynamický rozsah digitálny fotoaparát. V takýchto prípadoch je fotograf nútený rozhodnúť sa, ktoré objekty by mali byť spracované veľmi podrobne a ktoré môžu byť ponechané mimo dynamického rozsahu bez ohrozenia kreatívneho zámeru. Aby ste čo najlepšie využili dynamický rozsah vášho fotoaparátu, niekedy možno nebudete potrebovať ani tak dôkladné pochopenie princípu činnosti fotosenzora, ako skôr rozvinutý umelecký talent.

Faktory obmedzujúce dynamický rozsah

Spodná hranica dynamického rozsahu je nastavená úrovňou vnútorného šumu fotosenzora. Dokonca aj neosvetlená matica generuje elektrický signál pozadia nazývaný tmavý šum. K rušeniu dochádza aj vtedy, keď sa náboj prenesie do analógovo-digitálneho prevodníka a samotný ADC vnesie do digitalizovaného signálu určitú chybu - tzv. vzorkovací šum.

Ak fotíte v úplnej tme alebo s nasadeným krytom objektívu, fotoaparát zaznamená iba tento nezmyselný šum. Ak je to povolené minimálne množstvo svetlo dopadne na snímač, fotodiódy sa začnú hromadiť nabíjačka. Veľkosť náboja, a teda aj intenzita užitočného signálu, bude úmerná počtu zachytených fotónov. Aby sa na obrázku objavili nejaké zmysluplné detaily, je potrebné, aby úroveň užitočného signálu prevyšovala úroveň šumu pozadia.

Spodná hranica dynamického rozsahu alebo inými slovami prah citlivosti snímača môže byť teda formálne definovaná ako úroveň výstupného signálu, pri ktorej je pomer signálu k šumu väčší ako jedna.

Horná hranica dynamického rozsahu je určená kapacitou jednej fotodiódy. Ak počas expozície ktorákoľvek fotodióda naakumuluje pre seba elektrický náboj maximálnej hodnoty, potom sa obrazový pixel zodpovedajúci preťaženej fotodióde ukáže ako absolútne biely a ďalšie ožarovanie nijako neovplyvní jeho jas. Tento jav sa nazýva orezávanie. Čím vyššia je kapacita preťaženia fotodiódy, tým viac signálu je schopná dať na výstupe pred dosiahnutím saturácie.

Pre väčšiu názornosť sa obrátime na charakteristiku, ktorá je grafom závislosti výstupného signálu od expozície. Horizontálna os je binárny logaritmus ožiarenia prijatého snímačom a vertikálna os je binárny logaritmus veľkosti elektrického signálu generovaného snímačom v reakcii na toto ožiarenie. Moja kresba je z veľkej časti svojvoľná a slúži len na ilustračné účely. Charakteristická krivka skutočného fotosenzora má o niečo zložitejší tvar a úroveň šumu je málokedy taká vysoká.

Na grafe sú jasne viditeľné dva kritické body obratu: v prvom z nich úroveň užitočného signálu prekročí prah šumu a v druhom dosiahnu saturáciu fotodiód. Hodnoty expozície medzi týmito dvoma bodmi tvoria dynamický rozsah. V tomto abstraktnom príklade sa rovná, ako ľahko uvidíte, 5 EV, t.j. fotoaparát je schopný stráviť päť zdvojnásobení expozície, čo zodpovedá 32-násobnému (2 5 = 32) rozdielu v jase.

Expozičné zóny, ktoré tvoria dynamický rozsah, nie sú ekvivalentné. Horné zóny majú vyšší odstup signálu od šumu, a preto vyzerajú čistejšie a detailnejšie ako spodné. Výsledkom je, že horná hranica dynamického rozsahu je veľmi reálna a citeľná – clipping odrezáva svetlo pri najmenšom preexponovaní, pričom spodná hranica je nenápadne utopená v šume a prechod do čiernej nie je taký ostrý ako do bielej.

Lineárna závislosť signálu od expozície, ako aj ostré plató sú jedinečné vlastnosti digitálu fotografický proces. Pre porovnanie sa pozrite na podmienenú charakteristickú krivku tradičného fotografického filmu.

Tvar krivky a najmä uhol sklonu silne závisí od typu filmu a od postupu pri jeho vyvolaní, ale hlavný, nápadný rozdiel medzi filmovým grafom a digitálnym grafom zostáva nezmenený - nelineárny charakter filmu. závislosť optickej hustoty filmu od hodnoty expozície.

Dolná hranica fotografickej šírky negatívneho filmu je určená hustotou závoja a horná hranica je určená maximálnou dosiahnuteľnou optickou hustotou fotovrstvy; pri vratných filmoch je to naopak. V tieňoch aj vo svetlách sú pozorované hladké krivky charakteristickej krivky, čo naznačuje pokles kontrastu pri priblížení sa k hraniciam dynamického rozsahu, pretože sklon krivky je úmerný kontrastu obrazu. Expozičné oblasti ležiace v strede grafu majú teda maximálny kontrast, zatiaľ čo kontrast je znížený vo svetlách a tieňoch. V praxi je rozdiel medzi filmom a digitálnou matricou badateľný najmä v zvýrazneniach: kde na digitálnom obrázku sú svetlá vypálené orezaním, na filme sú detaily stále rozlíšiteľné, aj keď s nízkym kontrastom a prechodom do čisto biela farba pôsobí hladko a prirodzene.

V senzitometrii sa dokonca používajú dva nezávislé pojmy: vlastne fotografická šírka, obmedzený relatívne lineárnym úsekom charakteristickej krivky, a užitočná fotografická šírka, ktorý okrem lineárneho rezu zahŕňa aj základňu a rameno grafu.

Je pozoruhodné, že pri spracovaní digitálnych fotografií sa na ne spravidla aplikuje viac alebo menej výrazná krivka S, čím sa zvyšuje kontrast v stredných tónoch za cenu jeho zníženia v tieňoch a svetlých oblastiach, čo dodáva digitálnemu obrazu prirodzenejší obraz. a príjemný pohľad na oči.

Bitová hĺbka

Na rozdiel od matrice digitálneho fotoaparátu sa ľudské videnie vyznačuje, povedzme, logaritmickým pohľadom na svet. Postupné zdvojnásobenie množstva svetla vnímame ako rovnaké zmeny jasu. Svetelné čísla možno dokonca porovnať s hudobnými oktávami, pretože dvojnásobné zmeny zvukovej frekvencie sú vnímané uchom ako jeden hudobný interval. Ostatné zmyslové orgány fungujú na rovnakom princípe. Nelinearita vnímania značne rozširuje rozsah citlivosti človeka na podnety rôznej intenzity.

Pri prevode RAW súboru (je jedno – pomocou fotoaparátu alebo v RAW konvertore) obsahujúceho lineárne dáta, tzv. gama krivka, ktorá je navrhnutá tak, aby nelineárne zvyšovala jas digitálneho obrazu, čím ho zosúlaďuje s charakteristikami ľudského zraku.

Pri lineárnom prevode je obraz príliš tmavý.

Po gama korekcii sa jas vráti do normálu.

Gama krivka akoby naťahovala tmavé tóny a stláčala svetlé tóny, čím je rozloženie gradácií rovnomernejšie. Výsledkom je prirodzene vyzerajúci obraz, ale šum a vzorkovacie artefakty v tieňoch sa nevyhnutne stávajú zreteľnejšími, čo len umocňuje malý počet úrovní jasu v nižších zónach.

Lineárne rozdelenie stupňov jasu.

Rovnomerné rozloženie po aplikácii gama krivky.

ISO a dynamický rozsah

Napriek tomu, že digitálna fotografia využíva rovnaký koncept fotosenzitivity fotografického materiálu ako vo filmovej fotografii, treba si uvedomiť, že sa tak deje výlučne z tradície, keďže prístupy k zmene fotosenzitivity v digitálnej a filmovej fotografii sa zásadne líšia.

Zvýšenie citlivosti ISO v tradičnej fotografii znamená prechod z jedného filmu na druhý s hrubším zrnom, t.j. dochádza k objektívnej zmene vlastností samotného fotografického materiálu. V digitálnom fotoaparáte je svetelná citlivosť snímača pevne zakódovaná fyzicka charakteristika a nedá sa zmeniť doslova. Pri zvyšovaní ISO fotoaparát nemení skutočnú citlivosť snímača, ale iba zosilňuje elektrický signál generovaný snímačom v reakcii na ožiarenie a podľa toho upravuje algoritmus na digitalizáciu tohto signálu.

Dôležitým dôsledkom toho je pokles efektívneho dynamického rozsahu v pomere k zvýšeniu ISO, pretože spolu s užitočným signálom narastá aj šum. Ak je pri ISO 100 digitalizovaný celý rozsah hodnôt signálu - od nuly po bod nasýtenia, potom sa pri ISO 200 berie ako maximum len polovica kapacity fotodiód. Pri každom zdvojnásobení citlivosti ISO sa zdá, že horná zarážka dynamického rozsahu sa odreže a zvyšné stupne sa vytiahnu na jej miesto. To je dôvod, prečo použitie ultra vysokých hodnôt ISO nemá praktický význam. S rovnakým úspechom môžete fotografiu zosvetliť v RAW konvertore a získať porovnateľnú úroveň šumu. Rozdiel medzi zvýšením ISO a umelým zosvetlením obrazu je v tom, že pri zvýšení ISO sa signál pred vstupom do ADC zosilní, čiže kvantizačný šum sa nezosilní na rozdiel od vlastného šumu snímača, kým v RAW konvertore podliehajú zosilneniu vrátane chýb ADC. Zníženie vzorkovacieho rozsahu navyše znamená presnejšie vzorkovanie zostávajúcich hodnôt vstupného signálu.

Mimochodom, zníženie ISO pod základnú hodnotu (napríklad na ISO 50), ktoré je dostupné na niektorých zariadeniach, vôbec nerozšíri dynamický rozsah, ale jednoducho utlmí signál na polovicu, čo je ekvivalentné stmaveniu obrázok v konvertore RAW. Túto funkciu možno dokonca považovať za škodlivú, pretože použitie nižšej hodnoty ISO provokuje fotoaparát k zvýšeniu expozície, čo pri nezmenenom prahu saturácie snímača zvyšuje riziko orezania svetiel.

Skutočná hodnota dynamického rozsahu

Existuje množstvo programov ako (DxO Analyzer, Imatest, RawDigger atď.), ktoré vám umožňujú merať dynamický rozsah digitálneho fotoaparátu doma. V zásade to nie je veľmi potrebné, keďže dáta pre väčšinu kamier možno voľne nájsť na internete, napríklad na DxOMark.com.

Máme veriť výsledkom takýchto testov? Celkom. S jedinou výhradou, že všetky tieto testy určujú efektívny alebo takpovediac technický dynamický rozsah, t.j. vzťah medzi úrovňou saturácie a úrovňou šumu matrice. Pre fotografa má prvoradý význam užitočný dynamický rozsah, t.j. počet expozičných zón, ktoré skutočne umožňujú zachytiť niektoré užitočné informácie.

Ako si pamätáte, prah dynamického rozsahu je nastavený úrovňou šumu fotosenzora. Problém je v tom, že v praxi spodné zóny, ktoré sú už technicky zahrnuté v dynamickom rozsahu, stále obsahujú príliš veľa šumu na to, aby sa dali užitočne využiť. Tu veľa závisí od individuálneho znechutenia - každý si určuje prijateľnú hladinu hluku pre seba.

Môj subjektívny názor je, že detaily v tieňoch začínajú vyzerať viac-menej slušne pri odstupe signálu od šumu aspoň osem. Na základe toho definujem pre seba užitočný dynamický rozsah ako technický dynamický rozsah mínus približne tri zastávky.

Napríklad, ak má zrkadlovka dynamický rozsah 13 EV, čo je podľa spoľahlivých testov na dnešné pomery veľmi dobré, jej užitočný dynamický rozsah bude asi 10 EV, čo je vo všeobecnosti tiež celkom dobré. Samozrejme, hovoríme o fotení do RAW, s minimálnym ISO a maximálnou bitovou hĺbkou. Pri fotení do JPEG je dynamický rozsah značne závislý od nastavenia kontrastu, no v priemere by ste mali zahodiť ďalšie dve až tri zastávky.

Pre porovnanie: farebné reverzibilné filmy majú užitočnú fotografickú šírku 5-6 krokov; čiernobiele negatívne filmy poskytujú 9-10 zastavení pri štandardných postupoch vyvolávania a tlače a pri určitých manipuláciách až 16-18 zastavení.

Keď zhrnieme vyššie uvedené, skúsme ich sformulovať jednoduché pravidlá, ktorý vám pomôže vyťažiť maximum zo snímača fotoaparátu:

• Dynamický rozsah digitálneho fotoaparátu je plne dostupný len pri fotení do RAW.
• Dynamický rozsah klesá so zvyšovaním ISO, preto sa vyhýbajte vysokému ISO, pokiaľ to nie je absolútne nevyhnutné.
• Použitie vyšších bitových hĺbok pre súbory RAW nezvýši skutočný dynamický rozsah, ale zlepší tonálne oddelenie v tieňoch na úkor vyššej úrovne jasu.
• Expozícia vpravo. Horné expozičné zóny vždy obsahujú maximum užitočná informácia s minimálnou hlučnosťou a mali by sa využívať čo najefektívnejšie. Zároveň nezabudnite na nebezpečenstvo orezania - pixely, ktoré dosiahli saturáciu, sú absolútne zbytočné.

A čo je najdôležitejšie, nebojte sa príliš o dynamický rozsah fotoaparátu. S dynamickým rozsahom je všetko v poriadku. Vaša schopnosť vidieť svetlo a správne riadiť expozíciu je oveľa dôležitejšia. Dobrý fotograf nebude sa sťažovať na nedostatok fotografickej šírky, ale pokúsi sa počkať na pohodlnejšie osvetlenie alebo zmeniť uhol alebo použiť blesk, jedným slovom bude konať v súlade s okolnosťami. Poviem vám viac: niektorým scénam prospieva len to, že sa nehodia do dynamického rozsahu fotoaparátu. Nepotrebné množstvo detailov často stačí skryť do poloabstraktnej čiernej siluety, vďaka ktorej je fotografia stručná a bohatšia.

Vysoký kontrast nie je vždy zlý – len s ním treba vedieť pracovať. Naučte sa využívať slabé stránky zariadenia, ako aj jeho silné stránky, a budete prekvapení, ako veľmi sa rozšíri vaša kreativita.

Ďakujem za tvoju pozornosť!

Vasilij A.

post scriptum

Ak sa článok ukázal byť pre vás užitočný a poučný, môžete projekt láskavo podporiť prispením k jeho rozvoju. Ak sa vám článok nepáčil, ale máte myšlienky, ako ho vylepšiť, vaša kritika bude prijatá s nemenej vďačnosťou.

Nezabudnite, že tento článok podlieha autorským právam. Opätovná tlač a citovanie sú povolené za predpokladu, že existuje platný odkaz na pôvodný zdroj a použitý text nesmie byť žiadnym spôsobom zdeformovaný alebo upravený.

Obrázky z rozšírený dynamický rozsah(Vysoký dynamický rozsah – HDR) umožňujú fotografom zobraziť viac tónových detailov, než dokáže fotoaparát zachytiť v jednom zábere. Nová funkcia HDR Merge vo Photoshope umožňuje fotografom zlúčiť sériu odstupňovaných expozícií do jednej snímky, ktorá obsahuje tónové detaily z celej série.

Sú tu však isté úskalia: k rozšíreniu tonálneho rozsahu nevyhnutne dochádza v dôsledku zníženia kontrastu jednotlivých tónov. Vďaka možnosti použiť HDR vo Photoshope môžete v náročných svetelných podmienkach vyťažiť maximum zo svojho dynamického rozsahu pri zachovaní primeraného kontrastu.

Motivácia: Dilema dynamického rozsahu

Keďže digitálne snímače dosahujú vyššie rozlíšenia a menšie veľkosti pixelov, dynamický rozsah z toho neťaží. Najmä je to viditeľné pri použití kompaktných digitálnych fotoaparátov s rozlíšením približne 8 megapixelov, pretože sú náchylnejšie na presvetlenie alebo šum v tieňoch. Okrem toho je v niektorých prípadoch rozsah jasu väčší, ako sú schopné sprostredkovať moderné digitálne fotoaparáty.

Je tu však aj „dobrá správa“ – takmer každý fotoaparát je schopný pokryť veľký dynamický rozsah, len nie na jeden záber. Zmenou rýchlosti uzávierky môže väčšina digitálnych fotoaparátov zmeniť množstvo svetla dopadajúceho na snímač o faktor 50 000 alebo viac. Inými slovami, musíme vziať snímky s rôznym dynamickým rozsahom a prekryť ich.

Kedy použiť HDR

HDR by som navrhoval použiť len vtedy, keď sa rozloženie jasu v snímke nedá kompenzovať použitím gradientového filtra (GND), ako tieto filtre rozširujú dynamický rozsah pri zachovaní lokálneho kontrastu. Rámy s jednoduchou geometriou osvetlenia, ako je lineárny prechod zo svetla do tieňa, ktorý sa často vyskytuje pri fotografovaní krajiny (kde relatívne tmavá zem prechádza do svetlej oblohy), sú ideálne na použitie prechodových filtrov.

Rám, v ktorom nie je možné jednoducho kompenzovať jas pomocou GND filtra, je znázornený na príklade pohľadu von z oblúka.

Obrázok ukazuje asi tri tónové oblasti s ostrými prechodmi na hraniciach - podľa toho je potrebný špeciálny gradientový filter. Pri pohľade na tento obraz očami sme mohli rozoznať detaily vo vnútri aj mimo oblúka, keď sa naše oči prispôsobujú zmenám jasu. Účelom použitia HDR v tomto prípade je lepšie si predstaviť, čo by sme mohli vidieť na vlastné oči, prostredníctvom techniky nazývanej mapovanie tónov.

Interné spracovanie súboru HDR

Photoshop vytvorí súbor HDR pomocou EXIF ​​​​informácií o každom zo záberov v sérii na určenie rýchlosti uzávierky, clony a citlivosti ISO. Tieto informácie sa potom použijú na odhad množstva svetla prijatého z každej časti obrazu. Keďže intenzita tohto svetla sa môže značne líšiť, Photoshop vytvorí súbor HDR s použitím 32 bitov na popis každého z farebných kanálov. Výhodou je, že v súboroch HDR sa tieto pridané bity používajú na vytvorenie pomerne širokej stupnice šedej, ktorú je možné upraviť pre váš obrázok. Dôležitým rozdielom je, že tieto extra bity sa používajú inak ako tie v 16-bitových obrázkoch, ktoré len presnejšie definujú odtiene. Bežné 8- a 16-bitové obrázky sa budú ďalej označovať ako nízky dynamický rozsah (LDR) v porovnaní s 32-bitovými.

Prečo jednoducho nepridať viac bitov na definovanie primerane veľkého dynamického rozsahu? V konvenčných formátoch súborov LDR sa na rozdiel vo svetlých tónoch používa oveľa viac bitov ako v tmavých tónoch. Výsledkom je, že so zvyšujúcim sa počtom bitov sa ich stále viac minie na presnejší popis farby namiesto rozšírenia dynamického rozsahu.

Extra bity, ktoré nám HDR dáva, sú skvelé a umožňujú nám v podstate zobraziť takmer nekonečný rozsah jasu. Problém je v tom, že displej vášho počítača (alebo výsledná tlač fotografií) dokáže vykresliť len obmedzenú škálu jasu. Táto kapitola sa preto zameriava na to, ako vytvoriť súbory HDR a následne ich previesť na bežný 8 alebo 16 bitový obrázok, ktorý je možné zobraziť na obrazovke monitora alebo odoslať na tlač. Tento proces sa bežne označuje ako mapovanie tónov.

Príprava pôdy

Pretože vytvorenie HDR snímky vyžaduje sériu identicky umiestnených expozícií, stabilita statívu je dôležitá. Photoshop má funkciu, ktorá sa pokúša narovnať obrázky, ak sa fotoaparát medzi zábermi pohyboval, najlepšie výsledky však dosiahnete, ak sa na to nespoliehate.

Uistite sa, že urobíte aspoň tri expozície, aj keď päť sa odporúča pre optimálnu presnosť. Zvýšenie počtu expozícií umožňuje algoritmu HDR lepšie pochopiť, ako váš fotoaparát prevádza svetlo na digitálne hodnoty (krivka citlivosti digitálneho snímača), čím sa vytvára rovnomernejšie rozloženie tónov. Príklad oblúka je lepšie vyriešený niekoľkými medziexpozíciami okrem dvoch predtým zobrazených.

Je dôležité, aby najtmavšia z expozícií nemala zvýraznené oblasti, kde chcete zachovať detaily. Najjasnejšia expozícia by mala zobrazovať najtmavšie oblasti obrazu dostatočne jasné, aby boli relatívne tiché a jasne viditeľné. Každá expozícia by mala byť od ďalšej oddelená jedným alebo dvoma krokmi a v ideálnom prípade by sa mali dosiahnuť zmenou rýchlosti uzávierky, nie clony alebo citlivosti ISO. Pamätajte, že každý doraz clony znamená zdvojnásobenie (+1 clona) alebo polovičné (-1 clona) prechádzajúceho svetla.

Je tu ešte jedna nevýhoda HDR obrázkov: vyžadujú relatívne statický objekt kvôli potrebe viacerých nezávislých expozícií. Predchádzajúci príklad oceánu pri západe slnka by preto nebol veľmi vhodný na použitie techniky HDR, keďže by sa vlny medzi expozíciami výrazne posúvali.

Vytvorte 32-bitový súbor HDR vo Photoshope

Používame Adobe Photoshop na konverziu série expozícií do jedného obrázka, ktorý využíva mapovanie tónov na vyjadrenie toho, čo by sme videli na vlastné oči. Aby bolo možné mapovanie tónov, musíme skombinovať všetky expozície do jedného 32-bitového súboru HDR.

Otvorte nástroj HDR (Súbor>Automatizovať>Zlúčiť do HDR) a načítajte všetky expozície; v príklade uvedenom vyššie boli použité štyri strely. Ak obrázky neboli nasnímané zo stabilného statívu, možno budete musieť v tomto kroku zapnúť zarovnanie (Pokus o automatické zarovnanie zdrojových obrázkov), čo výrazne predĺži čas spracovania. Po kliknutí na OK sa čoskoro zobrazí správa Computing Camera Response Curves.

Keď počítač dokončí spracovanie, zobrazí sa okno s kombinovaným histogramom. Photoshop vypočíta biely bod, ale jeho výpočty často vedú k vyfúknutiu svetlých častí obrázka. Môžete presunúť biely bod k pravému okraju vrcholov histogramu, aby ste získali všetky jasné detaily. Výsledná hodnota slúži len na účely zobrazenia a bude potrebné ju neskôr definovať presnejšie. Kliknutím na „OK“ získate 32-bitový HDR obrázok, ktorý si v tomto bode môžete uložiť. Všimnite si, že obrázok môže v tomto bode vyzerať dosť tmavý; až po prevode na 16 alebo 8 bitový obrázok (pomocou mapovania tónov) bude vyzerať viac ako požadovaný výsledok.

V tejto fáze sa ako 32-bitový HDR súbor dá na obrázok aplikovať len niekoľko spôsobov spracovania, takže je takmer zbytočné ho v tejto podobe ukladať, okrem archivačných dôvodov. Jednou z dostupných funkcií je kompenzácia expozície (Obrázok>Úpravy>Expozícia). Môžete skúsiť zvýšiť expozíciu, aby ste videli všetky skryté detaily v tieni, alebo znížiť expozíciu, aby ste videli všetky skryté svetlé detaily.

Používanie mapovania tónov HDR vo Photoshope

V programe Adobe Photoshop konvertujeme 32-bitový obrázok HDR na 16-bitový alebo 8-bitový súbor LDR použitím mapovania tónov. To bude vyžadovať, aby sme urobili zásadné rozhodnutia o type mapovania tónov v závislosti od objektu a rozloženia jasu na fotografii.

Spustite konverziu obrazu na normálnu 16-bitovú (Obrázok>Režim>16 bitov/kanál) a uvidíte nástroj na konverziu HDR. Môžete si vybrať zo štyroch spôsobov mapovania tónov, ako je popísané nižšie.

Expozícia a gama

Táto metóda umožňuje manuálne nastaviť expozíciu a gama, čo je ekvivalent zmeny jasu a kontrastu, resp.

Kompresia jasu

Táto metóda nemá žiadne možnosti nastavenia, aplikuje špeciálnu tónovú krivku, ktorá výrazne znižuje kontrast svetlých častí, aby sa rozjasnil a zachoval kontrast vo zvyšku obrazu.

Vyrovnanie histogramu

Táto metóda sa pokúša prerozdeliť histogram HDR do kontrastného rozsahu normálneho 16 alebo 8 bitového obrázka. Používa špeciálnu tónovú krivku, ktorá roztiahne vrcholy histogramu tak, aby sa stal jednotnejším. Toto zvyčajne funguje najlepšie pre histogramy, ktoré majú niekoľko relatívne úzkych vrcholov, medzi ktorými nie sú žiadne pixely.

Miestne prispôsobenie

Najflexibilnejšia metóda a fotografmi pravdepodobne najpoužívanejšia. Na rozdiel od predchádzajúcich troch, táto metóda mení jas častí obrazu na báze pixelov (podobne ako pri zvyšovaní lokálneho kontrastu). Oko je teda klamané, aby verilo, že kontrast obrazu je vyšší, čo je často kritické pre HDR obrazy, ktoré stratili kontrast. Táto metóda vám umožňuje upraviť tonálnu krivku tak, aby lepšie zodpovedala obrázku.

Pred použitím ktorejkoľvek z týchto metód môže byť užitočné najprv určiť biele a čierne body pomocou posuvníkov na histograme obrázka. Kliknutím na dvojitú šípku vedľa Toning Curve a Histogram získate histogram obrázka a posuvníky.

Nakoniec chceme hovoriť o nastaveniach metódy „miestneho prispôsobenia“, pretože je asi najpoužívanejší a poskytuje maximálnu mieru voľnosti.

Tonálna hierarchia a kontrast obrazu

Na rozdiel od ostatných troch metód transformácie lokálna adaptácia nemusí nevyhnutne zachovať celkovú hierarchiu tónov. Prekladá intenzity pixelov nie ako plnú tonálnu krivku, ale berie do úvahy hodnoty okolitých pixelov. To znamená, že na rozdiel od použitia tónovej krivky môžu byť tóny v histograme nielen natiahnuté a stlačené, ale môžu sa v pozíciách aj pretínať. Vizuálne to znamená, že časť obrazu, ktorá bola pôvodne tmavšia ako iná, môže získať podobný jas alebo sa dokonca rozjasniť – aj keď nie o veľa.

Zjavným príkladom prípadu, keď je zachovaná tonálna hierarchia, je použitie gradientového filtra na rozšírenie dynamického rozsahu (hoci toto nie je príklad toho, ako funguje lokálna adaptácia). V tomto príklade, hoci sú morská pena a lesklé skaly v popredí v skutočnosti tmavšie ako povrch oceánu v diaľke, výsledný obrázok vykresľuje oceán v diaľke ako tmavší. Kľúčovým konceptom je, že pri pohybe na odvrátenú stranu obrazu sa naše oči prispôsobujú zmene jasu (ako pri pohľade na jasnú oblohu), zatiaľ čo na blízku vzdialenosť sa prispôsobovať netreba. Simuláciu tejto charakteristiky videnia možno považovať za cieľ lokálnej adaptačnej metódy - najmä pre distribúcie jasu, ktoré sú zložitejšie ako jednoduchý vertikálny prechod, napríklad na pobreží oceánu pri západe slnka.

Príklad zložitejšieho rozloženia jasu je uvedený nižšie pre tri obrázky sochy. Kontrast na veľkej časti obrazu nazývame všeobecný, zatiaľ čo zmeny kontrastu v malých častiach nazývame lokálny kontrast. Metóda lokálnej adaptácie sa snaží zachovať lokálny kontrast a zároveň znížiť celkový kontrast (podobne ako v prípade západu slnka v oceáne).

Vyššie uvedený príklad vizuálne ilustruje, ako lokálny a globálny kontrast ovplyvňuje obrázok. Všimnite si, ako sú veľké (globálne) pruhy svetiel a tieňov prehnané v prípade vysokého celkového kontrastu. Naopak, v prípade nízkeho globálneho kontrastu má predná strana sochy takmer rovnaký jas ako profil.

Pôvodný obrázok vyzerá skvele, pretože všetky tónové oblasti sú jasne viditeľné a zobrazené s dostatočným kontrastom, aby vyzerali trojrozmerne. Teraz povedzme, že sme začali s priemerným obrázkom, ktorý by bol ideálny na HDR konverziu. Mapovanie miestnych adaptačných tónov by určite vytvorilo obraz podobný krajnej pravici (aj keď možno nie až taký prehnaný), pretože by zachoval lokálny kontrast a zároveň znížil celkový kontrast (čím by sa zachovala textúra tmavých a svetlých zón).

Konverzia HDR pomocou miestnej adaptácie

Vzdialenosť, ktorá odlišuje lokálny kontrast od všeobecného kontrastu, je daná polomerom. Polomer a prah sú podobné nastaveniam neostrej masky, ktoré sa používajú na lokálne vylepšenie kontrastu. Vysoká prahová hodnota zvyšuje lokálny kontrast, ale existuje riziko halo defektov, zatiaľ čo príliš malý polomer môže spôsobiť vyblednutie obrazu. Pre každý daný obrázok sa odporúča upraviť obe nastavenia, aby sa dosiahol požadovaný efekt, pretože ich ideálna kombinácia závisí od zobrazovaného objektu.

Okrem úpravy polomeru a prahových hodnôt je takmer vždy potrebná korekcia tonálnej krivky obrazu. Tento prístup je identický s prístupom popísaným v kapitole o používaní kriviek, kde sú malé a plynulé zmeny tvaru krivky takmer vždy ideálne. Takáto krivka je znázornená pre náš príklad oblúka spolu s výsledkom jej aplikácie.

Hlavným problémom metódy lokálnej adaptácie je, že nedokáže rozlíšiť dopadajúce svetlo od odrazeného svetla. V dôsledku toho môže omylom stmaviť prirodzené biele textúry a zosvetliť tmavšie. Majte to na pamäti pri výbere polomeru a prahu, aby ste tento efekt minimalizovali.

Aj keď zobrazovaná scéna nevyžaduje rozšírenie dynamického rozsahu, výsledná fotografia môže ťažiť z vedľajšieho efektu redukcie šumu v tieňoch. Všimli ste si, že digitálne obrázky sú vždy hlučnejšie v tieni ako vo svetlých oblastiach? Je to spôsobené tým, že pomer signálu k šumu v obraze je vyšší, keď je svetelný signál silnejší. Môžete to premeniť vo svoj prospech kombináciou správne exponovanej snímky s preexponovanou. Photoshop vždy použije najexponovanejší obrázok na sprostredkovanie zvoleného tónu – zachytí tak viac svetla v detailoch v tieňoch (bez preexponovania).

Videokamery so širokým dynamickým rozsahom

Videokamery so širokým dynamickým rozsahom (WDR) sú navrhnuté tak, aby poskytovali vysokokvalitný obraz v protisvetle s veľmi jasnými aj veľmi tmavými oblasťami a detailmi v zábere. Tým sa zabezpečí, že svetlé oblasti nebudú nasýtené a tmavé oblasti nebudú vykreslené príliš tmavé. Takéto kamery sa zvyčajne odporúčajú na monitorovanie objektu umiestneného pred oknami, v zadnom osvetlenom vchode alebo bráne a tiež pri vysokom kontraste objektov.

Dynamický rozsah videokamery je zvyčajne definovaný ako pomer najjasnejšej časti obrazu k najtmavšej časti toho istého obrazu, t.j. v rámci jedného záberu. Tento pomer sa inak nazýva maximálny kontrast obrazu.

Problém s dynamickým rozsahom

Bohužiaľ, skutočný dynamický rozsah videokamery je prísne obmedzený. Je výrazne užší ako dynamický rozsah väčšiny reálnych objektov, krajiny a dokonca aj filmových a fotografických scén. Navyše podmienky na používanie monitorovacích kamier z hľadiska osvetlenia často nie sú optimálne. Objekty, ktoré nás zaujímajú, môžu byť umiestnené na pozadí jasne osvetlených stien a objektov alebo V tomto prípade budú objekty alebo ich detaily v obraze príliš tmavé, pretože videokamera sa automaticky prispôsobí vysokému priemernému jasu záberu. V niektorých situáciách sa pozorované " obraz" môže mať svetlé miesta s príliš veľkými gradáciami, ktoré je ťažké reprodukovať štandardnými kamerami. Napríklad bežná ulica na slnku a v tieni od domov má kontrast 300:1 až 500:1, pre tmavé rozpätia oblúkov alebo brány so slnkom presvetleným pozadím, kontrast dosahuje 10 000:1, interiér tmavej miestnosti až 100 000:1 oproti oknám.

Šírka výsledného dynamického rozsahu je obmedzená niekoľkými faktormi: rozsahmi samotného snímača (fotodetektor), procesora spracovania (DSP) a displeja (video monitor). Typické CCD (CCD polia) majú maximálny kontrast intenzity maximálne 1000:1 (60 dB). Najtmavší signál je obmedzený tepelným šumom alebo „temným prúdom“ snímača. Najjasnejší signál je obmedzený množstvom náboja, ktorý možno uložiť do jedného pixelu. Typicky sú CCD konštruované tak, že tento náboj je približne 1000 tmavých nábojov v dôsledku teploty CCD.

Dynamický rozsah možno podstatne zvýšiť pre špeciálne aplikácie fotoaparátov, ako je vedecký alebo astronomický výskum, chladením CCD a aplikáciou špeciálne systémyčítanie a spracovanie. Takéto metódy sú však veľmi drahé a nemôžu byť široko používané.

Ako bolo uvedené vyššie, mnohé úlohy vyžadujú veľkosť dynamického rozsahu 65-75dB (1:1800-1:5600), takže pri zobrazení scény aj s rozsahom 60dB sa detaily v tmavých oblastiach stratia v šume a detaily v svetlé oblasti sa stratia v šume, kvôli sýtosti, alebo sa rozsah zmenší na oboch stranách naraz. Čítacie systémy, analógové zosilňovače a analógovo-digitálne prevodníky (ADC) pre video signál v reálnom čase obmedzujú CCD signál na dynamický rozsah 8 bitov (48 dB). Tento rozsah je možné rozšíriť na 10-14 bitov pomocou vhodných ADC a spracovania analógového signálu. Toto riešenie však často nie je praktické.

Ďalší alternatívny typ obvodu využíva nelineárnu logaritmickú transformáciu alebo jej aproximáciu na kompresiu 60dB výstupu CCD na 8-bitový rozsah. Takéto metódy zvyčajne potláčajú detaily obrazu.

Posledným (vyššie spomenutým) limitujúcim faktorom je výstup obrazu na displej. Dynamický rozsah bežného CRT monitora v osvetlenej miestnosti je asi 100 (40 dB). LCD monitor je ešte „obmedzenejší“. Signál generovaný video cestou a dokonca obmedzený na kontrast 1:200 sa pri zobrazení zníži v dynamickom rozsahu. Na optimalizáciu zobrazenia musí používateľ často upraviť kontrast a jas monitora. A ak chce získať obraz s maximálnym kontrastom, bude musieť obetovať časť dynamického rozsahu.

Štandardné riešenia

Existujú dve hlavné technologické riešenia, ktoré sa používajú na poskytovanie videokamery s rozšíreným dynamickým rozsahom:

• viacnásobné zobrazenie snímok – videokamera zachytí niekoľko ucelených obrázkov alebo jeho jednotlivých oblastí. Okrem toho každý „obrázok“ zobrazuje inú oblasť dynamického rozsahu. Kamera potom skombinuje tieto rôzne snímky a vytvorí jednu snímku s vysokým dynamickým rozsahom (WDR);
• použitie nelineárnych, zvyčajne logaritmických, snímačov - v tomto prípade je stupeň citlivosti pri rôznych úrovniach osvetlenia rôzny, čo umožňuje poskytnúť široký dynamický rozsah jasu obrazu v jednom snímku.

Používajú sa rôzne kombinácie týchto dvoch technológií, no najbežnejšia je prvá.

Na získanie jedného optimálneho obrazu z niekoľkých sa používajú 2 metódy:

• paralelné zobrazovanie obrazu tvoreného spoločným optickým systémom dvoma alebo viacerými snímačmi. V tomto prípade každý snímač zachytí inú časť dynamického rozsahu scény v dôsledku rôznych expozičných (akumulačných) časov, rôzneho optického útlmu v jednotlivej optickej dráhe alebo v dôsledku použitia snímačov rôznych citlivostí;
• sekvenčné zobrazenie obrazu jedným snímačom s rôznymi expozičnými (akumulačnými) časmi. V extrémnom prípade sa vyrobia minimálne dve zobrazenia, jedno s maximálnym a jedno s kratším časom akumulácie.

Sekvenčné zobrazovanie, ako najjednoduchšie riešenie, sa bežne používa v priemysle. Dlhodobá akumulácia zaisťuje viditeľnosť najtmavších častí objektu, avšak najjasnejšie fragmenty nemusia byť spracované a môžu dokonca viesť k nasýteniu fotodetektora. Obraz získaný s nízkou akumuláciou adekvátne zobrazuje svetlé časti obrazu bez toho, aby sa prepracoval cez tmavé oblasti, ktoré sú na úrovni šumu. Procesor obrazového signálu fotoaparátu kombinuje oba obrázky, pričom berie svetlé časti z „krátkeho“ obrázku a tmavé časti z „dlhého“ obrázku. Kombinačný algoritmus, ktorý vám umožňuje vytvoriť hladký obraz bez švu, je pomerne komplikovaný a tu sa ho nebudeme dotýkať.

Koncept spojenia dvoch digitálnych obrázkov získaných v rôznych časoch akumulácie do jedného obrázka so širokým dynamickým rozsahom prvýkrát predstavila skupina vývojárov pod vedením profesora I.I. Zivi z Tech-nion, Izrael. V roku 1988 bol koncept patentovaný („Wide Dynamic Range Camera“ od Y.Y. Zeeviho, R. Ginosara a O. Hilsenratha) a v roku 1993 bol aplikovaný na vytvorenie komerčnej lekárskej videokamery.

Moderné technické riešenia

V moderných fotoaparátoch sa na rozšírenie dynamického rozsahu na základe získania dvoch snímok používajú matrice Sony s dvojitým skenovaním (Double Scan CCD) ICX 212 (NTSC), ICX213 (PAL) a špeciálne obrazové procesory, ako sú SS-2WD alebo SS-3WD, sa používajú hlavne. Je pozoruhodné, že takéto matrice nemožno nájsť v sortimente SONY a nie všetci výrobcovia uvádzajú ich použitie. Na obr. 1 schematicky znázorňuje princíp dvojitej akumulácie. Čas je vo formáte NTSC.

Z diagramov je zrejmé, že ak typická kamera akumuluje pole 1/60 s (PAL-1/50 s), potom WDR kamera zloží pole dvoch snímok získaných akumuláciou za 1/120 s (PAL- 1/100 s) pre málo osvetlených detailov a po dobu od 1/120 do 1/4000 s pre vysoko osvetlené detaily. Fotografia 1 zobrazuje snímky s rôznou expozíciou a výsledok sčítania (spracovania) režimu WDR.

Táto technológia umožňuje "priniesť" dynamický rozsah až na 60-65 dB. Žiaľ, čísla WDR väčšinou uvádzajú len výrobcovia vyššej cenovej kategórie, zvyšok sa obmedzuje na informáciu o prítomnosti funkcie. Dostupná úprava je zvyčajne odstupňovaná v relatívnych jednotkách. Fotografia 2 ukazuje príklad porovnávacieho testovania protisvetla zo sklenenej vitríny a dverí štandardnou a WDR kamerou. Existujú modely kamier, ktorých dokumentácia uvádza, že fungujú v režime WDR, ale nie je tam žiadna zmienka o požadovanom základni špeciálnych prvkov. V tomto prípade prirodzene môže vzniknúť otázka, či je deklarovaný režim WDR taký, aký očakávame? Otázka je spravodlivá, pretože aj v mobilné telefóny režim automatického jasu vstavaného fotoaparátu, nazývaný WDR, sa už používa. Na druhej strane existujú modely s deklarovaným režimom rozšírenia dynamického rozsahu, pomenované ako Easy Wide-D alebo EDR, ktoré pracujú s typickými CCD. Ak je v tomto prípade uvedená hodnota rozšírenia, potom nepresahuje 20-26 dB. Jedným zo spôsobov rozšírenia dynamického rozsahu je súčasná technológia Panasonic Super Dynamic III. Je tiež založená na dvojitej expozícii snímky za 1/60 s (1/50C-PAL) a 1/8000 s (s následnou histogramovou analýzou, rozdelením snímky do štyroch možností s rôznou gama korekciou a ich inteligentným sčítaním v DSP). Na obr. 2 znázorňuje zovšeobecnenú štruktúru tejto technológie. Takýto systém rozširuje dynamický rozsah až 128-krát (o 42 dB).

Najsľubnejšou technológiou na rozšírenie dynamického rozsahu fotoaparátu je dnes Digital Pixel System™ (DPS), vyvinutý na Stanfordskej univerzite v 90. rokoch. a patentované spoločnosťou PIXIM Inc. Hlavnou inováciou pre DPS je použitie ADC na premenu množstva fotonáboja na jeho digitálnu hodnotu priamo v každom pixeli snímača. Snímače CMOS (CMOS) zabraňujú degradácii signálu, čo zvyšuje celkový pomer signálu k šumu. Technológia DPS umožňuje spracovanie signálu v reálnom čase.

Technológia PIXIM využíva techniku ​​známu ako multisampling (viacnásobné vzorkovanie) na vytvorenie najvyššej kvality obrazu a poskytnutie širokého dynamického rozsahu prevodníka (svetlo/signál). Technológia PIXIM DPS využíva päťúrovňový multisampling, ktorý umožňuje prijímať signál zo snímača s jednou z piatich úrovní expozície. Počas expozície sa meria hodnota osvetlenia každého pixelu snímky (pre štandardný video signál 50-krát za sekundu). Systém spracovania obrazu určí optimálny expozičný čas a uloží výslednú hodnotu skôr, ako sa pixel nasýti a zastaví ďalšie hromadenie náboja. Ryža. 3 vysvetľuje princíp adaptívnej akumulácie. Hodnota svetlého pixelu sa uloží pri expozičnom čase T3 (pred 100 % nasýtením pixelu). Tmavý pixel akumuloval náboj pomalšie, čo si vyžiadalo dodatočný čas, jeho hodnota je uložená v čase T6. Uložené hodnoty (intenzita, čas, úroveň šumu) namerané v každom pixeli sú súčasne spracované a prevedené do vysokokvalitného obrazu. Keďže každý pixel má svoj vlastný vstavaný ADC a svetelné parametre sa merajú a spracovávajú nezávisle, každý pixel vlastne funguje ako samostatná kamera.

Zobrazovacie systémy PIXIM založené na technológii DPS pozostávajú z digitálneho obrazového snímača a obrazového procesora. Moderné digitálne snímače využívajú 14 a dokonca 17 bitovú kvantizáciu. Pre DPS je charakteristická aj relatívne nízka citlivosť, ako hlavná nevýhoda technológie CMOS. Typická citlivosť kamier tejto technológie je ~1 lx. Typická hodnota odstupu signálu od šumu pre formát 1/3" je 48-50 dB. Deklarovaný maximálny dynamický rozsah je až 120 dB s typickou hodnotou 90-95 dB. Možnosť kontroly akumulácie čas pre každý pixel matice snímača umožňuje použiť takú jedinečnú metódu spracovania signálu ako metódu vyrovnávania lokálnych histogramov, ktorá umožňuje dramaticky zvýšiť informačný obsah obrazu. Táto technológia umožňuje plne kompenzovať osvetlenie pozadia, zvýrazniť detaily, vyhodnotiť priestorovú polohu objektov a detaily, ktoré sú nielen v popredí, ale aj v pozadí snímky. Na fotografii 3, obrázky 4 a 5 sú snímky zhotovené typickou CCD kamerou a PIXIM kamerou.

Prax

Môžeme teda konštatovať, že ak je dnes potrebné vykonávať video dohľad v náročných podmienkach vysoko kontrastného osvetlenia, môžete si vybrať kameru, ktorá primerane prenáša celý rozsah jasu objektov. Na tento účel je najvhodnejšie použiť videokamery s technológiou PIXIM. Celkom dobré výsledky poskytujú systémy založené na duálnom skenovaní. Ako kompromis sú lacné kamery založené na typických matriciach a elektronické systémy EWD a viaczónové BLC. Prirodzene, je žiaduce použiť zariadenie so špecifikovanými charakteristikami, a nielen spomenúť prítomnosť konkrétneho režimu. Bohužiaľ, v praxi výsledky práce konkrétnych modeliek nie vždy zodpovedajú očakávaniam a reklamným vyhláseniam. Ale toto je téma na samostatnú diskusiu.