การทำโทนแมปปิงและการสร้างภาพ HDR

การสร้างภาพช่วงไดนามิกสูง (High Dynamic Range Imaging) จะบันทึกและแสดงช่วงแสงทั้งหมดในฉาก และการทำโทนแมปปิง (Tone Mapping) จะบีบอัดช่วงดังกล่าวเพื่อให้สามารถแสดงผลบนจอภาพและสิ่งพิมพ์ที่มีคอนทราสต์จำกัดได้

Definition

การสร้างภาพ HDR คือการได้มาและการแสดงความสว่างของฉากตลอดช่วงทั้งหมด และการทำโทนแมปปิงคือการแปลงค่า HDR ให้อยู่ในช่วงที่จำกัดของอุปกรณ์เอาต์พุต

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมการกู้คืนแผนที่ความสว่าง HDR โดยการรวมภาพถ่ายที่เปิดรับแสงต่างกัน การเข้ารหัสและการจัดเก็บภาพ HDR และตัวดำเนินการสร้างโทนสีใหม่ (Tone-Reproduction Operators) ทั้งแบบทั่วโลกและแบบเฉพาะที่ ซึ่งจะแมปค่าช่วงสูงไปยังช่วงที่แสดงผลได้ ในขณะที่ยังคงรักษา รายละเอียดและความประทับใจทางสายตาไว้

Core questions

• ช่วงความสว่างทั้งหมดของฉากถูกบันทึกได้อย่างไร?
• ภาพที่เปิดรับแสงต่างกันถูกรวมเข้าเป็นภาพ HDR เดียวได้อย่างไร?
• ภาพช่วงสูงถูกแสดงบนจอแสดงผลช่วงต่ำได้อย่างไร?
• รายละเอียดเฉพาะที่ถูกรักษาไว้ได้อย่างไรในขณะที่คอนทราสต์โดยรวมถูกบีบอัด?

Key concepts

• ช่วงไดนามิก
• การจับภาพแบบเปิดรับแสงหลายครั้ง
• การกู้คืนการตอบสนองของกล้อง
• การเข้ารหัสภาพ HDR
• การทำโทนแมปปิงแบบทั่วโลกและเฉพาะที่
• การรักษาความละเอียด

Key theories

การกู้คืน HDR จากการเปิดรับแสงหลายครั้ง

ด้วยการถ่ายภาพฉากที่การเปิดรับแสงหลายระดับและการกู้คืนเส้นโค้งการตอบสนองของกล้อง ความสว่างของฉากจริงสามารถสร้างขึ้นใหม่ได้เกินกว่าช่วงที่การเปิดรับแสงเดียวจับได้ ซึ่งจะสร้างภาพช่วงไดนามิกสูง

ตัวดำเนินการสร้างโทนสีใหม่

การแมปค่า HDR ไปยังจอแสดงผลจำเป็นต้องมีการบีบอัดคอนทราสต์; ตัวดำเนินการแบบทั่วโลกจะใช้เส้นโค้งเดียวกับพิกเซลทั้งหมด ในขณะที่ตัวดำเนินการแบบเฉพาะที่จะปรับให้เข้ากับบริเวณใกล้เคียงเพื่อรักษา รายละเอียด โดยอาศัยหลักการถ่ายภาพและการรับรู้

Clinical relevance

การทำโทนแมปปิงและ HDR เป็นหัวใจสำคัญของการถ่ายภาพดิจิทัลและสมาร์ทโฟน จอแสดงผลและโทรทัศน์ HDR เอาต์พุตการเรนเดอร์ตามหลักฟิสิกส์ และการจัดแสงตามภาพในวิชวลเอฟเฟกต์

History

วิธีการของ Debevec และ Malik ในปี 1997 สำหรับการกู้คืนความสว่าง HDR จากภาพถ่ายได้กระตุ้นให้เกิดการสร้างภาพ HDR; มีตัวดำเนินการสร้างโทนสีใหม่หลากหลายรูปแบบตามมาในช่วงปี 2000 และการจับภาพและแสดงผล HDR ได้กลายเป็นคุณสมบัติมาตรฐานสำหรับผู้บริโภคในเวลาต่อมา

Key figures

• Paul Debevec
• Jitendra Malik
• Erik Reinhard

Seminal works

• debevec1997
• reinhard2002

Frequently asked questions

เหตุใดจึงจำเป็นต้องมีการทำโทนแมปปิงหากฉากถูกบันทึกใน HDR?

ฉากจริงมีความสว่างที่กว้างกว่าที่จอแสดงผลหรือสิ่งพิมพ์จะแสดงได้มาก ดังนั้นค่าช่วงสูงที่บันทึกไว้จะต้องถูกบีบอัดด้วยการทำโทนแมปปิงเพื่อให้พอดีกับอุปกรณ์เอาต์พุต ในขณะที่ยังคงทำให้ภาพดูเป็นธรรมชาติ

ภาพ HDR สร้างขึ้นจากกล้องธรรมดาได้อย่างไร?

ภาพถ่ายหลายภาพของฉากเดียวกันจะถูกถ่ายด้วยการเปิดรับแสงที่แตกต่างกัน และซอฟต์แวร์จะรวมภาพเหล่านั้นเข้าด้วยกัน โดยใช้การเปิดรับแสงที่สว่างสำหรับรายละเอียดในเงามืด และการเปิดรับแสงที่มืดสำหรับรายละเอียดในส่วนที่สว่าง ให้เป็นภาพช่วงไดนามิกสูงภาพเดียว