Hohe dynamische Reihe-Bildaufbereitung (HDRI oder HDR) ist eine Reihe von Methoden, die in der Bildverarbeitung, Computergrafik, und Fotografie verwendet ist, um eine größere dynamische Reihe zwischen den leichtesten und dunkelsten Gebieten eines Images zu erlauben, als aktuelle Standarddigitalbildaufbereitungsmethoden oder fotografische Methoden. Diese breite dynamische Reihe erlaubt HDR Images, genauer die Reihe von Intensitätsniveaus zu vertreten, die in echten Szenen im Intervall vom direkten Sonnenlicht gefunden sind, um Sternenlicht schwach zu werden, und wird häufig über eine Mehrzahl verschieden ausgestellter Bilder desselben Gegenstands gewonnen.

In einfacheren Begriffen ist HDR eine Reihe von Methoden, mehr Unähnlichkeit in Bildern zu vertreten. Non-HDR Kameras nehmen Bilder an einem Aussetzungsniveau mit einer beschränkten Kontrastreihe. Das läuft auf den Verlust des Details in hellen oder dunklen Gebieten eines Bildes je nachdem hinaus, ob die Kamera eine niedrige oder hohe Aussetzungseinstellung hatte. HDR ersetzt diesen Verlust des Details durch die Einnahme vielfacher Bilder an verschiedenen Aussetzungsniveaus und intelligent die Näherei von ihnen zusammen, so dass wir schließlich ein Bild erreichen, das sowohl in dunklen als auch in hellen Gebieten vertretend ist.

Die zwei Hauptquellen von HDR Bildern sind Computerübergabe und das Mischen der vielfachen niedrigen dynamischen Reihe (LDR) oder Fotographien der Standard-dynamischen Reihe (SDR). Ton-Methoden der kartografisch darstellenden, die gesamte Unähnlichkeit reduzieren, um Anzeige von HDR Images auf Geräten mit der niedrigeren dynamischen Reihe zu erleichtern, können angewandt werden, um Images mit dem bewahrten zu erzeugen, oder haben lokale Unähnlichkeit für die künstlerische Wirkung übertrieben.

Fotografie

In der Fotografie wird dynamische Reihe in EV Unterschieden (bekannt als Halt) zwischen den hellsten und dunkelsten Teilen des Images dieses Show-Detail gemessen. Eine Zunahme eines EV oder eines Halts ist eine Verdoppelung des Betrags des Lichtes.

Fotographien der hohen dynamischen Reihe werden allgemein durch das Gefangennehmen vielfacher Standardfotographien, häufig das Verwenden des Aussetzungseinklammerns und dann Mischens von ihnen in ein HDR Image erreicht. Digitalfotographien werden häufig in einem rohen Bildformat einer Kamera verschlüsselt, weil JPEG 8-Bit-Verschlüsselung genug Werte nicht anbietet, um feine Übergänge zu erlauben (und unerwünschte Effekten wegen der lossy Kompression einführt).

Jede Kamera, die Handbuch über - oder Unterbelichtung eines Fotos erlaubt, kann verwendet werden, um HDR Images zu schaffen. Das schließt Filmkameras ein, obwohl die Images digitalisiert werden können, um mit der Software HDR Methoden zu bearbeiten.

Einige Kameras haben eine Eigenschaft des Auto-Aussetzungseinklammerns (AEB) mit einer viel größeren dynamischen Reihe als andere, von den 3 EV des Kanons EOS 40D, zu den 18 EV des Kanons EOS-1D II Zeichen. Als die Beliebtheit dieser Bildaufbereitungsmethode wächst, bieten mehrere Kamerafertigungen jetzt eingebaute HDR-Eigenschaften an. Zum Beispiel hat Pentax k-7 DSLR hat eine HDR Weise, die ein HDR Image und dann Produktionen (nur) ein Ton gewinnt, JPEG Datei kartografisch dargestellt. Der Kanon PowerShot G12, Kanon PowerShot S95 und Kanon PowerShot S100 bietet ähnliche Eigenschaften in einem kleineren Format an. Sogar einige smartphones schließen jetzt HDR Weisen ein.

Das Redigieren

Aller Bildaufbereitungsaufgaben ist das Redigieren dasjenige, das die höchste dynamische Reihe fordert. Das Redigieren von Operationen braucht hohe Präzision, um aliasing Kunsterzeugnisse wie Streifenbildungen und jaggies zu vermeiden.

Photogeschäftsbenutzer sind mit den Problemen der niedrigen dynamischen Reihe heute vertraut. Mit 8-Bit-Kanälen, wenn Sie ein Image erhellen, wird Information unheilbar verloren: Verdunklung des Images nach dem Erhellen stellt das ursprüngliche Äußere nicht wieder her. Statt dessen scheinen alle Höhepunkte flach und gewaschen. Man muss in einem sorgfältig geplanten Arbeitsablauf arbeiten, um dieses Problem zu vermeiden.

Abtastung des Films

Im Gegensatz zu Digitalfotographien bestehen Farbnegative und Gleiten aus vielfachen Filmschichten, die antworten, um sich verschieden zu entzünden. Demzufolge zeigen durchsichtige Originale (besonders positives Gleiten) eine sehr hohe dynamische Reihe.

Wenn

er fotografisches Material mit einem Bildscanner digitalisiert, muss der Scanner im Stande sein, die ganze dynamische Reihe des Originals zu gewinnen, oder Details werden verloren. Die Behauptungen des Herstellers bezüglich der dynamischen Reihe des Flachbettes und der Filmscanner sind häufig ein bisschen ungenau und übertrieben.

Trotz des Farbnegativs, das weniger dynamische Reihe hat als Gleiten, gewinnt es wirklich beträchtlich dynamischere Reihe der Szene, als wirklich Film gleiten lässt. Diese dynamische Reihe wird einfach beträchtlich zusammengepresst.

Das Darstellen von HDR Images auf LDR-Anzeigen

Kameraeigenschaften

Die Eigenschaften einer Kamera müssen in Betracht gezogen werden, wenn man hohe dynamische Reihe-Images wieder aufbaut. Diese Eigenschaften sind hauptsächlich mit Gammakurven, Sensorentschlossenheit und Geräusch verbunden.

Kamerakalibrierung

Kamerakalibrierung kann in drei Aspekte geteilt werden: geometrische Kalibrierung, photometrische Kalibrierung und geisterhafte Kalibrierung. Für die HDR Rekonstruktion sind die wichtigen Aspekte photometrische und geisterhafte Kalibrierungen.

Farbenfortpflanzung

Leichte Sensoren und Emitter versuchen, ein leichtes Signal einer Szene bezüglich der menschlichen Wahrnehmung nachzuahmen; es ist die menschliche Wahrnehmung, die in der Farbenfortpflanzung wichtig ist. Begeistert auf der trichromatic Basis des menschlichen Auges soll die durch die Industrie angenommene Standardlösung rote, grüne und blaue Filter, verwiesen als RGB Basis, zur Probe das Eingangslicht-Signal verwenden und das Signal mit Licht-basierten Bildemittern wieder hervorzubringen. Das verwendet ein zusätzliches Farbenmodell im Vergleich mit dem abziehenden Farbenmodell, das mit Druckern, Bilder usw. verwendet ist.

Fotografische Farbenfilme haben gewöhnlich drei Schichten von Emulsion, jedem mit einer verschiedenen geisterhaften Kurve, die zum roten, grünen und blauen Licht beziehungsweise empfindlich ist. Die RGB geisterhafte Antwort des Films wird durch die geisterhafte Empfindlichkeit und geisterhaften Färbemittel-Dichte-Kurven charakterisiert.

Die Kontrastverminderung

HDR Images können auf allgemeinen LDR Geräten, wie Computermonitore und fotografische Drucke, durch das einfache Reduzieren der Unähnlichkeit leicht vertreten werden, gerade als die ganze Bildredigieren-Software zum Tun fähig ist.

Der Ausschnitt und das Zusammendrücken dynamischer Reihe

Szenen mit hohen dynamischen Reihen werden häufig auf LDR Geräten durch die Saatbestellung der dynamischen Reihe, das Abschneiden der dunkelsten und hellsten Details, oder wechselweise mit einer S-shaped Umwandlungskurve vertreten, der Kompressen progressiv und aggressiver in den Höhepunkten und Schatten gegenüberstellen, während sie die mittleren Teile der Kontrastreihe relativ ungekünstelt verlassen.

Kartografisch darstellender Ton

Kartografisch darstellender Ton reduziert die dynamische Reihe oder Kontrastverhältnis vom kompletten Image, während behaltende lokalisierte Unähnlichkeit (zwischen benachbarten Pixeln), in die Forschung darüber klopfend, wie das menschliche Auge und der Sehkortex eine Szene wahrnehmen, versuchend, die ganze dynamische Reihe zu vertreten, während sie realistische Farbe und Unähnlichkeit behalten.

Images mit zu viel Ton-Verarbeitung der kartografisch darstellenden ließen ihre Reihe überzusammenpressen, eine surreale Übergabe der niedrigen dynamischen Reihe einer Szene der hohen dynamischen Reihe schaffend.

Vergleich mit traditionellen Digitalimages

Information, die in Images der hohen dynamischen Reihe normalerweise versorgt ist, entspricht den physischen Werten der Klarheit oder des Strahlens, das in der echten Welt beobachtet werden kann. Das ist von traditionellen Digitalimages verschieden, die Farben vertreten, die an einem Monitor oder einem Papierdruck erscheinen sollten. Deshalb werden HDR Bildformate häufig Szene-bezogen im Gegensatz zu traditionellen Digitalimages genannt, die Gerät-bezogen oder Produktionsbezogen werden. Außerdem werden traditionelle Images gewöhnlich für das menschliche Sehsystem verschlüsselt (die Sehinformation maximierend, die in der festgelegten Zahl von Bit versorgt ist), der gewöhnlich Gammaverschlüsselung oder Gammakorrektur genannt wird. Die für HDR Images versorgten Werte sind häufig Gamma zusammengepresst (Macht-Gesetz) oder logarithmisch verschlüsselt, oder Schwimmpunkt geradlinige Werte seit dem festen Punkt geradlinige encodings sind über höhere dynamische Reihen immer mehr ineffizient.

HDR Images verwenden häufig eine höhere Zahl von Bit pro Farbenkanal als traditionelle Images, um noch viele Farben über eine viel breitere dynamische Reihe zu vertreten. 16 Bit (Hälfte der Präzision) oder 32 Bit, die Punkt-Zahlen schwimmen lassen, werden häufig verwendet, um HDR Pixel zu vertreten. Jedoch, wenn die passende Übertragungsfunktion verwendet wird, können HDR Pixel für einige Anwendungen mit nur 10-12 Bit für die Klarheit und 8 Bit für das Farbsignal vertreten werden, ohne irgendwelche sichtbaren quantization Kunsterzeugnisse einzuführen.

Geschichte der HDR Fotografie

1850

Für die Idee, mehrere Aussetzungen zu verwenden, um eine auch äußerste Reihe der Klarheit zu befestigen, wurde schon in den 1850er Jahren von Gustave Le Gray den Weg gebahnt, um Seestücke zu machen, sich sowohl den Himmel als auch das Meer zeigend. Solche Übergabe war in der Zeit mit Standardmethoden, die Lichtstärke-Reihe unmöglich, die zu äußerst ist. Le Gray hat eine Verneinung für den Himmel und einen anderen mit einer längeren Aussetzung für das Meer verwendet, und hat die zwei in ein Bild im positiven verbunden.

1930

Hohe dynamische Reihe-Bildaufbereitung wurde in den 1930er Jahren und 1940er Jahren von Charles Wyckoff ursprünglich entwickelt. Die ausführlichen Bilder von Wyckoff von Kernexplosionen sind auf dem Deckel der Zeitschrift Life Mitte der 1950er Jahre erschienen. Wyckoff hat lokalen Nachbarschaft-Ton durchgeführt, der kartografisch wiederdarstellt, um verschieden ausgestellte Filmschichten in ein einzelnes Image der größeren dynamischen Reihe zu verbinden.

Mitte des Jahrhunderts

Mitte des Jahrhunderts, manueller kartografisch darstellender Ton wurde besonders mit der Vermeidung und dem Brennen - auswählend Erhöhung oder das Verringern der Aussetzung von Gebieten der Fotographie getan, um bessere Klangfarbe-Fortpflanzung nachzugeben. Das ist wirksam, weil die dynamische Reihe der Verneinung bedeutsam höher ist, als auf dem beendeten positiven Papierdruck verfügbar sein würde, wenn das über die Verneinung auf eine gleichförmige Weise ausgestellt wird. Ein ausgezeichnetes Beispiel ist die Fotographie Schweitzer an der Lampe durch W. Eugene Smith, aus seinem 1954-Foto-Aufsatz Ein Mann der Gnade auf Dr Albert Schweitzer und seiner humanitären Arbeit im französischen Äquatorialen Afrika. Das Image hat 5 Tage genommen, um zu erzeugen, um die Tonreihe der Szene wieder hervorzubringen, die sich von einer hellen Lampe (hinsichtlich der Szene) zu einem dunklen Schatten erstreckt.

Ansel Adams hat Vermeidung und das Brennen zu einer Kunstform erhoben. Viele seiner berühmten Drucke wurden in der Dunkelkammer mit diesen zwei Methoden manipuliert. Adams hat ein umfassendes Buch auf dem Produzieren von Drucken genannt Der Druck geschrieben, der Vermeidung und das Brennen prominent im Zusammenhang seines Zonensystems zeigt.

Mit dem Advent der Farbfotografie war in der Dunkelkammer kartografisch darstellender Ton, wegen des spezifischen während des sich entwickelnden Prozesses des Farbenfilms erforderlichen Timings nicht mehr möglich. Fotografen haben auf Filmhersteller geachtet, um neue Rohfilme mit der verbesserten Antwort im Laufe der Jahre oder Schuss schwarz-weiß zu entwerfen, um Ton-Methoden der kartografisch darstellenden zu verwenden.

1980

Die Erwünschtheit von HDR ist seit Jahrzehnten anerkannt worden, aber sein breiterer Gebrauch, war bis ganz kürzlich, ausgeschlossen durch die durch die verfügbare Computerverarbeitungsmacht auferlegten Beschränkungen. Wahrscheinlich war die erste praktische Anwendung von HDRI durch die Filmindustrie gegen Ende der 1980er Jahre und 1985, Gregory Ward hat das Strahlen RGBE Bildformat geschaffen, das der erste HDR Bildaufbereitung des Dateiformats war, und noch meistens verwendet ist.

Das Konzept von Wyckoff des kartografisch darstellenden Nachbarschaft-Tons wurde auf Videokameras von einer Gruppe von Technion in Israel angewandt, das von Prof. Y.Y.Zeevi geführt ist, der für ein Patent auf diesem Konzept 1988 abgelegt hat. 1993 wurde die erste kommerzielle medizinische Kamera eingeführt, der das Echtzeitgefangennehmen von vielfachen Images mit verschiedenen Aussetzungen und dem Produzieren eines HDR Videoimages durch dieselbe Gruppe durchgeführt hat.

Moderne HDR darstellender Gebrauch eine völlig verschiedene Annäherung, die auf dem Bilden einer hohen dynamischen Reihe-Klarheit oder leichter Karte mit nur globale Bildoperationen (über das komplette Image) gestützt ist, und tönen dann ab dieses Ergebnis kartografisch darzustellen. Globaler HDR wurde zuerst 1993 eingeführt, auf eine mathematische Theorie verschieden ausgestellter Bilder desselben Gegenstands hinauslaufend, der 1995 von Steve Mann und Rosalind Picard veröffentlicht wurde.

Diese Methode wurde entwickelt, um ein hohes dynamisches Reihe-Image von einer Reihe von mit einer Reihe von Aussetzungen genommenen Fotographien zu erzeugen. Mit der steigenden Beliebtheit von Digitalkameras und gebrauchsfreundlicher Tischsoftware wird der Begriff HDR jetzt populär gebraucht, um sich auf diesen Prozess zu beziehen. Diese zerlegbare Methode ist von verschieden (und kann von kleinerer oder größerer Qualität sein als) die Produktion eines Images von einer Aussetzung eines Sensors, der eine heimische hohe dynamische Reihe hat. Kartografisch darstellender Ton wird auch verwendet, um HDR Images auf Geräten mit einer niedrigen heimischen dynamischen Reihe wie ein Computerschirm zu zeigen.

1996

Das Advent des Verbrauchers Digitalkameras haben eine neue Nachfrage nach HDR erzeugt, der darstellt, um die leichte Antwort von Digitalkamerasensoren zu verbessern, die eine viel kleinere dynamische Reihe hatten als Film. Steve Mann hat entwickelt und hat die globale-HDR Methode patentiert, um Digitalimages zu erzeugen, die dynamische Reihe am MIT Medialaboratorium erweitert haben. Die Methode von Mann hat ein Zweipunktverfahren eingeschlossen: (1) erzeugen eine Schwimmpunkt-Bildreihe durch global-einzige Bildoperationen (Operationen, die alle Pixel identisch, ohne Rücksicht auf ihre lokale Nachbarschaft betreffen); und dann (2) Bekehrter diese Bildreihe, mit der lokalen Nachbarschaft-Verarbeitung (Ton kartografisch wiederdarstellender, usw.) In ein HDR Image. Die durch den ersten Schritt des Prozesses von Mann erzeugte Bildreihe wird ein lightspace Image, lightspace Bild oder Strahlen-Karte genannt. Ein anderer Vorteil der globalen-HDR Bildaufbereitung ist, dass sie Zugang zum Zwischenlicht oder der Strahlen-Karte zur Verfügung stellt, die für die Computervision und anderen Bildverarbeitungsoperationen verwendet worden ist.

1997

Diese Methode, mehrere verschieden ausgestellte Images zu verbinden, um ein HDR Image zu erzeugen, wurde zum Publikum von Paul Debevec vorgelegt.

2005

Photogeschäft CS2 hat die Verflechtung in die HDR-Funktion eingeführt.

2010

HDR Fotografie-Funktionalität wurde zum iPhone 4 in der EIN/AUSGABE-STEUERSYSTEM-Version 4.1 am 8. September 2010 hinzugefügt

Video

Während kundenspezifische hohe dynamische Reihe Digitalvideolösungen waren für die Industrieherstellung während der 1980er Jahre, erst als der Anfang der 2000er Jahre entwickelt worden, dass mehrere wissenschaftliche Forschungsanstrengungen Verbraucherrang-Sensoren und Kameras verwendet haben. Einige Gesellschaften wie RED und Arri haben Digitalsensoren entwickelt, die zu einer höheren dynamischen Reihe fähig sind, aber müssen noch befreit oder erschwinglich gemacht werden. Mit dem Advent des niedrigen Kostenverbrauchers Digitalkameras haben viele Dilettanten begonnen dahinzueilen Ton hat HDR Zeitraffervideos im Internet, im Wesentlichen eine Folge von noch Fotographien in der schnellen Folge kartografisch dargestellt. 2010 hat das unabhängige Studio sowjetische Montage ein Beispiel des HDR Videos von ungleich ausgestellten Videoströmen mit einem Balken splitter und Verbraucherrang HD Videokameras erzeugt. Ähnliche Methoden sind in der akademischen Literatur 2001 und 2007 und 2011 beschrieben worden.

Modernes Kino ist häufig mit Kameras gefilmt worden, die eine höhere dynamische Reihe zeigen, und Vermächtnis-Kino kann befördert werden, selbst wenn manuelles Eingreifen für einige Rahmen erforderlich wäre (weil das in der Vergangenheit mit black&white die Steigung von Filmen geschehen ist, um sich zu färben). Außerdem spezielle Effekten besonders verlangen diejenigen, in der echter und synthetischer Gesamtlänge nahtlos gemischt werden, sowohl HDR das Schießen als auch Übergabe. HDR Video ist auch in allen Anwendungen erforderlich, in denen das Gefangennehmen zeitlicher Aspekte von Änderungen in der Szene hohe Genauigkeit fordert. Das ist in der Überwachung von einigen Industrieprozessen wie Schweißen, prophetische Fahrer-Hilfe-Systeme in der Automobilindustrie, Kontrolle-Systeme besonders wichtig, um gerade einige mögliche Anwendungen zu nennen. Wie man auch betrachten kann, beschleunigt HDR Video den Bilderwerb in allen Anwendungen, in denen eine Vielzahl von statischen HDR Images bezüglich des Beispiels in bildbasierten Methoden in der Computergrafik erforderlich sind. Schließlich, mit der Ausbreitung von Fernsehapparaten, die zeigen, hat dynamische Reihe erhöht, das Übertragen des HDR Videos wird wichtig sein, aber kann viel Zeit in Anspruch nehmen, um wirklich wegen Standardisierungsprobleme vorzukommen. Für diese besondere Anwendung, aktuelle niedrige dynamische Reihe erhöhend, die (LDR) macht, scheint das Videosignal zu HDR durch intelligente Fernsehapparate, eine lebensfähigere kurzfristige Lösung zu sein.

Beispiele

Das sind Beispiele von vier dynamischen Standardreihe-Images, die verbunden werden, um kartografisch dargestellte Images des zwei resultierenden Tons zu erzeugen.

Image:StLouisArchMultExpEV-4.72. JPG |-8 Halt

Image:StLouisArchMultExpEV-1.82. JPG |-2 Halt

Image:StLouisArchMultExpEV+1.51. JPG | + 2 Halt

Image:StLouisArchMultExpEV+4.09. JPG | + 4 Halt

Stellen Sie File:StLouisArchMultExpCDR.jpg|Simple der Verminderung gegenüber

File:StLouisArchMultExpToneMapped.jpg|Local Ton, der kartografisch darstellt

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Siehe auch

• Hohe dynamische Reihe, die macht
• Breite dynamische Reihe
• Der Vergleich der Grafikdatei formatiert
• HDRi (Datenformat)
• RGBE Image formatiert
• OpenEXR
• Logluv ZANK
• BEF (Bildformat)
• scRGB colorspace

Außenverbindungen