Тонмаппинг и изображения с высоким динамическим диапазоном (HDR)

Изображения с высоким динамическим диапазоном (HDR) позволяют захватывать и представлять полный диапазон света в сцене, а тонмаппинг сжимает этот диапазон, чтобы его можно было отобразить на дисплеях и в печатных материалах с ограниченной контрастностью.

Definition

HDR-изображение — это получение и представление яркости сцены во всем ее диапазоне, а тонмаппинг — это преобразование значений HDR в ограниченный диапазон выходного устройства.

Scope

Эта тема охватывает восстановление карт яркости HDR путем объединения фотографий с различной экспозицией, кодирование и хранение HDR-изображений, а также операторы тоновоспроизведения — как глобальные, так и локальные, — которые преобразуют значения высокого диапазона в отображаемые диапазоны, сохраняя детализацию и визуальное впечатление.

Core questions

• Как захватывается полный диапазон яркости сцены?
• Как объединить изображения с разной экспозицией в одно HDR-изображение?
• Как отобразить изображение с высоким диапазоном на дисплее с низким диапазоном?
• Как сохранить локальные детали при сжатии общей контрастности?

Key concepts

• Динамический диапазон
• Многократная экспозиция
• Восстановление отклика камеры
• Кодирование HDR-изображений
• Глобальный и локальный тонмаппинг
• Сохранение деталей

Key theories

Восстановление HDR из нескольких экспозиций

Фотографируя сцену с несколькими экспозициями и восстанавливая кривую отклика камеры, можно реконструировать истинную яркость сцены за пределами диапазона, который может захватить одна экспозиция, создавая изображение с высоким динамическим диапазоном.

Операторы тоновоспроизведения

Преобразование значений HDR для отображения требует сжатия контрастности; глобальные операторы применяют одну кривую ко всем пикселям, в то время как локальные операторы адаптируются к окрестностям для сохранения деталей, опираясь на фотографические и перцепционные принципы.

Clinical relevance

Тонмаппинг и HDR занимают центральное место в цифровой и смартфонной фотографии, HDR-дисплеях и телевидении, выводе рендеринга на основе физических моделей и освещении на основе изображений в визуальных эффектах.

History

Метод Дебевека и Малика 1997 года по восстановлению яркости HDR из фотографий катализировал развитие HDR-изображений; в 2000-х годах последовал ряд операторов тоновоспроизведения, а захват и отображение HDR позднее стали стандартными функциями для потребителей.

Key figures

• Paul Debevec
• Jitendra Malik
• Erik Reinhard

Seminal works

• debevec1997
• reinhard2002

Frequently asked questions

Зачем нужен тонмаппинг, если сцена захвачена в HDR?

Реальные сцены охватывают гораздо более широкий диапазон яркости, чем могут отобразить дисплеи или печатные материалы, поэтому захваченные значения высокого диапазона должны быть сжаты с помощью тонмаппинга, чтобы соответствовать выходному устройству, сохраняя при этом естественный вид изображения.

Как сделать HDR-фотографию обычной камерой?

Несколько фотографий одной и той же сцены делаются с разной экспозицией, и программное обеспечение объединяет их, используя яркие экспозиции для деталей в тенях и темные экспозиции для деталей в светах, в одно изображение с высоким динамическим диапазоном.