Динамический диапазон -- это отношение максимального допустимого значения измеряемой величины (яркости по каждому из каналов) к минимальному значению (уровню шумов). В фотографии динамический диапазон принято измерять в единицах экспозиции (шаг, стоп, EV), т.е. логарифмом по основанию 2, реже - десятичным логарифмом (обозначается буквой D). 1EV = 0,3D. Изредка используют и линейное обозначение, например 1:1000, что равно 3D или почти 10EV.

Характеристика «динамический диапазон» также используется для форматов файлов , используемых для записи фотографий . В этом случае он назначается авторами конкретного формата файла, исходя из тех целей, для которых этот формат будет использоваться. Например, ДД

Термином «динамический диапазон» иногда неверно называют любое отношение яркостей в фотографии:

• отношение яркостей самых светлых и тёмных объектов съемки
• максимальное отношение яркостей белого и чёрного цветов на мониторе/фотобумаге (верный английский термин contrast ratio)
• диапазон оптических плотностей плёнки
• другие, ещё более экзотические варианты

Динамический диапазон современных цифровых фотоаппаратов на начало 2008 года составляет от 7-8 EV у компактных камер до 10-12 EV у цифровых зеркальных камер (см. тесты современных камер на http://dpreview.com). При этом необходимо помнить, что матрица передает объекты съёмки с разным качеством, детали в тенях искажаются шумами , в светах - передаются очень хорошо. Максимальный ДД зеркалок доступен только при съемке в RAW , при конвертации в JPEG камера обрезает детали, сокращая диапазон до 7,5-8,5EV (в зависимости от настроек контраста камеры).

Динамический диапазон файлов и матриц фотоаппаратов часто путают с количеством бит , используемых для записи информации, однако прямой связи между этими величинами нет. Поэтому, например, ДД Radiance HDR (32 бита на пиксель) больше, чем 16-битного RGB (фотоширота), показывающая тот диапазон яркостей, который пленка может передать без искажений, с равным контрастом (диапазон яркостей линейной части характеристической кривой плёнки). Полный ДД плёнки обычно несколько шире фотошироты и виден на графике характеристической кривой плёнки.

Фотоширота слайда составляет 5-6EV, профессионального негатива - около 9EV, любительского негатива - 10EV, киноплёнки - до 14EV.

Расширение динамического диапазона

Динамического диапазона современных камер и пленок недостаточно для того, чтобы передать любой сюжет окружающего мира. Особенно это заметно при съемке на слайд или компактную цифровую камеру, которые зачастую не могут передать даже яркий дневной пейзаж в средней полосе России , если там есть объекты в тени (а диапазон яркостей ночного сюжета с искусственным освещением и глубокими тенями может доходить до 20EV). Эта проблема решается двумя путями:

• увеличение динамического диапазона камер (видеокамеры для систем наблюдения имеют заметно больший динамический диапазон, чем фотокамеры, однако это достигается путем ухудшения других характеристик камеры; каждый год выходят новые модели профессиональных камер с лучшими характеристиками, при этом их динамический диапазон медленно растет)
• комбинирование изображений, снятых с разной экспозицией (технология HDR в фотографии), в результате которого возникает единое изображение, содержащее все детали из всех исходных изображений, как в крайних тенях, так и в максимальных светах.

Файл:HDRIexample.jpg

HDRi фотография и три снимка, из которых она собрана

Оба пути требуют решения двух проблем:

• Выбор формата файла, в который можно записать изображение с расширенным диапазоном яркостей (обычные 8-битные sRGB файлы для этого не подходят). На сегодня самыми популярным форматами являются Radiance HDR, Open EXR, а так же Microsoft HD Photo , Adobe Photoshop PSD , RAW -файлы зеркальных цифровых камер с большим динамическим диапазоном.
• Отображение фотографии с большим диапазоном яркостей на мониторах и фотобумаге , имеющих существенно меньший максимальный диапазон яркостей (contrast ratio). Данная проблема решается с помощью одного из двух методов:
  • тональная компрессия, при которой большой диапазон яркостей уменьшается в небольшой диапазон бумаги, монитора или 8-битного sRGB-файла путем уменьшения контраста всего изображения, единым образом для всех пикселей изображения;
  • тональное отображение (tone mapping, тонмаппинг), при котором производится нелинейное изменение яркостей пикселей, на разную величину для разных областей изображения, при этом сохраняется (или даже увеличивается) оригинальный контраст, однако тени могут выглядеть неестественно светлыми, и на фотографии могут появиться ореолы на границах областей с разным изменением яркости.

Тонмаппинг также может использоваться и для обработки изображений с небольшим диапазоном яркостей для повышения локального контраста.

Из-за способности тонмаппинга выдавать «фантастические» картинки в стиле компьютерных игр, и массового представления таких фотографий с вывеской «HDR» (даже полученных из одного изображения с небольшим диапазоном яркостей) у большинства профессиональных фотографов и опытных любителей выработалось стойкое отвращение к технологии расширения динамического диапазона из-за неверного мнения о том, что она нужна для получения таких картинок (приведенный выше пример показывает использование методов HDR для получения нормального реалистического изображения).

См. также

Ссылки

• Определения основных понятий:
  • БСЭ, статья «фотографическая широта»
  • Горохов П. К. «Толковый словарь по радиоэлектронике. Основные термины» - М.: Рус. яз., 1993
• Фотоширота пленок и ДД фотоаппаратов
  • http://www.kodak.com/global/en/professional/support/techPubs/e4035/e4035.jhtml?id=0.2.26.14.7.16.12.4&lc=en
• Форматы файлов:

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Динамический диапазон в фотографии" в других словарях:

Динамический диапазон: Динамический диапазон (техника) характеристика устройства или системы, предназначенной для преобразования, передачи или хранения некой величины (мощности, силы, напряжения, звукового давления, представляющая логарифм… … Википедия

Динамический диапазон характеристика устройства или системы, предназначенной для преобразования, передачи или хранения некой величины (мощности, силы, напряжения, звукового давления и т. д.), представляющая логарифм отношения максимального и… … Википедия

У этого термина существуют и другие значения, см. Динамический диапазон. Динамический диапазон характеристика устройства или системы, предназначенной для преобразования, передачи или хранения некой величины (мощности, силы, напряжения, звукового… … Википедия

Фотографическая широта характеристика светочувствительного материала (фотоплёнки, передающей телевизионной трубки, матрицы) в фотографии, телевидении и кино. Определяет способность светочувствительного материала правильно передавать яркость… … Википедия

Контраст в наиболее общем смысле, любая значимая или заметная разница (например, «Россия страна контрастов…», «контраст впечатлений», «контраст вкуса пельменей и бульона вокруг них»), не обязательно измеряемая количественно. Контрастность степень … Википедия

Для улучшения этой статьи желательно?: Найти и оформить в виде сносок ссылки на авторитетные источники, подтверждающие написанное … Википедия

У этого термина существуют и другие значения, см. HDR. High Dynamic Range Imaging, HDRI или просто HDR общее название технологий работы с изображениями и видео, диапазон яркости которых превышает возможности стандартных технологий. Чаще… … Википедия

Эту статью следует викифицировать. Пожалуйста, оформите её согласно правилам оформления статей … Википедия

В Википедии есть п … Википедия

- (лат. redactus приведённый в порядок) изменение оригинала изображения классическими или цифровыми методами. Также может обозначаться термином ретуширование, ретушь (фр. retoucher подрисовывать, подправлять). Целью редактирования… … Википедия

16 ноября 2009 года

Видеокамеры с широким динамическим диапазоном

Видеокамеры с широким динамическим диапазоном (WDR) предназначены для обеспечения качественного изображения при встречной засветке и наличии в кадре как очень ярких, так и очень темных областей и деталей. При этом яркие области не насыщаются, а темные не отображаются слишком темными. Такие камеры обычно рекомендуются для организации наблюдения за объектом, находящимся напротив окон, в освещенном сзади проеме двери или ворот, а также при большом контрасте объектов.

Динамический диапазон видеокамеры обычно определяется как отношение самого яркого фрагмента изображения к самому темному фрагменту того же самого изображения, то есть в пределах одного кадра. Это отношение по-другому называется максимальным контрастом изображения.

Проблема динамического диапазона

К сожалению, реальный динамический диапазон видеокамер строго ограничен. Он существенно у"же динамического диапазона большинства реальных объектов, ландшафтов и даже сцен кино и фотографии. Кроме того, условия применения видеокамер наблюдения в части освещения зачастую далеки от оптимальных. Так, интересующие нас объекты могут быть расположены на фоне ярко освещенных стен и предметов или встречного (контро-вого) света. В этом случае объекты или их детали на изображении будут слишком темными, так как видеокамера автоматически адаптируется к высокой средней яркости кадра. В некоторых ситуациях на наблюдаемой "картинке" могут иметь место яркие пятна со слишком большими градациями яркости, которые трудно передаются стандартными камерами. Например, обычная улица при солнечном освещении и с тенями от домов имеет контраст от 300:1 до 500:1, для темных пролетов арок или ворот с освещенным солнцем фоном контраст достигает 10 000:1, внутренность темной комнаты против окон имеет контраст до 100 000:1.

Ширина результирующего динамического диапазона ограничивается несколькими факторами: диапазонами самого датчика (фотоприемника), обрабатывающего процессора (DSP) и дисплея (видеоконтрольного устройства). Типовые CCD (ПЗС-матрицы) имеют максимальный контраст не более 1000:1 (60 дБ) по интенсивности. Самый темный сигнал ограничен тепловым шумом или "темновым током" датчика. Самый яркий сигнал ограничен суммой заряда, который может быть накоплен в отдельном пикселе. Обычно CCD построены так, что этот заряд составляет приблизительно 1000 темновых зарядов, обусловленных температурой CCD.

Динамический диапазон может быть существенно увеличен для специального применения камер, например для научных или астрономических исследований, путем охлаждения CCD и применения специальных систем считывания и обработки. Однако такие методы, будучи очень дорогими, не могут использоваться широко.

Как указывалось выше, множество задач требует размера динамического диапазона 65-75 дБ (1:1800-1:5600), поэтому при отображении сцены даже с диапазоном в 60 дБ детали в темных областях потеряются в шуме, а детали в ярких областях — из-за насыщения, либо диапазон будет обрезан сразу с двух сторон. Системы считывания, аналоговые усилители и аналого-цифровые преобразователи (АЦП) для видеосигнала в режиме реального времени ограничивают сигнал CCD до динамического диапазона в 8 бит (48 дБ). Такой диапазон может быть расширен до 10-14 бит за счет использования соответствующих АЦП и обработки аналогового сигнала. Однако зачастую это решение оказывается непрактичным.

Другой альтернативный тип схемы использует нелинейное преобразование в виде логарифмической функции или ее аппроксимации для сжатия 60 дБ выходного сигнала CCD до диапазона в 8 бит. Обычно такие методы подавляют детали изображения.

Последний (указанный выше) фактор ограничения — вывод картинки на дисплей. Динамический диапазон для нормального CRT-монитора, работающего в освещенной комнате, составляет около 100 (40 дБ). LCD-монитор еще более "ограничен". Сигнал, сформированный видеотрактом и даже ограниченный до контраста 1:200, будет уменьшен в динамическом диапазоне при показе. Чтобы оптимизировать показ, пользователь часто должен регулировать контраст и яркость монитора. И если он хочет получить изображение с максимальным контрастом, придется пожертвовать частью динамического диапазона.

Типовые решения

Имеются два основных технологических решения, которые используются, чтобы обеспечить видеокамеры расширенным динамическим диапазоном:

• множественное отображение кадра — видеокамера захватывает несколько полных изображений или его отдельных областей. При этом каждая "картинка" отображает различную область динамического диапазона. После чего камера объединяет эти различные изображения, чтобы воспроизвести единое изображение с расширенным динамическим диапазоном (WDR);
• использование нелинейных, обычно логарифмических, датчиков — в этом случае степень чувствительности при различных уровнях освещения различна, что позволяет обеспечить широкий динамический диапазон яркости изображения в одном кадре.

Применяются разные комбинации этих двух технологий, но наиболее распространенная — первая.

Для получения одного оптимального изображения из нескольких используется 2 метода:

• параллельное отображение двумя или более датчиками изображения, сформированного общей оптической системой. В этом случае каждый датчик захватывает различную часть динамического диапазона сцены за счет различного времени экспонирования (накопления), различного оптического ослабления в индивидуальном оптическом тракте или за счет использования датчиков различной чувствительности;
• последовательное отображение изображения единственным датчиком с различными временами экспонирования (накопления). В крайнем случае производится по крайней мере два отображения: одно с максимальным, а другое — с более коротким временем накопления.

Последовательное отображение, как наиболее простое решение, обычно используется в промышленности. Длительное накопление обеспечивает видимость наиболее темных частей объекта, однако самые яркие фрагменты могут не прорабатываться и даже приводить к насыщению фотоприемника. Картинка, получаемая с малым накоплением, адекватно отображает светлые фрагменты изображения, не прорабатывая темные области, находящиеся на уровне шума. Сигнальный процессор изображения камеры объединяет обе картинки, беря яркие части от "короткой", а темные части от "длительной" картинки. Алгоритм комбинации, позволяющий создавать гладкое изображение без шва, достаточно сложен, и мы не будем здесь его касаться.

Первыми представила концепцию объединения двух цифровых изображений, полученных при разном времени накопления, в единое изображение с широким динамическим диапазоном группа разработчиков во главе с профессором И.И. Зиви из компании "Tech-nion", Израиль. В 1988 г. концепция была запатентована ("Камера широкого динамического диапазона" Y.Y. Zeevi, R. Ginosar и O. Hilsenrath), а в 1993 г. ее применили при создании коммерческой медицинской видеокамеры.

Современные технические решения

В современных камерах для расширения динамического диапазона на основе получения двух изображений в основном применяются матрицы Sony двойного сканирования (Double Scan CCD) ICX 212 (NTSC), ICX213 (PAL) и специальные процессоры для обработки изображения, например SS-2WD или SS-3WD. Примечательно, что такие матрицы невозможно обнаружить в ассортименте SONY и не все производители указывают на их использование. На рис. 1 схематически представлен принцип двойного накопления. Время указано по формату NTSC.

Из диаграмм видно, что если типовая камера накапливает поле 1/60 с (PAL-1/50 с), то камера WDR составляет поле из двух изображений, полученных путем накопления, за 1/120 с (PAL-1/100 с) для мало освещенных деталей и за период от 1/120 до 1/4000 с для сильно освещенных деталей. На фото 1 представлены кадры с разным экспонированием и результат суммирования (обработки) режима WDR.

Эта технология позволяет "довести" динамический диапазон до 60-65 дБ. К сожалению, числовые значения WDR, как правило, приводятся только производителями верхней ценовой категории, остальные же ограничиваются информацией о наличии функции. Имеющаяся регулировка градуирована обычно в относительных единицах. На фото 2 представлен пример сравнительной отработки типовой и камерой WDR встречного света от стеклянной витрины и дверей. Встречаются модели телекамер, в документации на которые указано, что они работают в режиме WDR, но нет упоминания о требуемой специальной элементной базе. В этом случае, естественно, может возникать вопрос, является ли заявленный режим WDR таким, каким мы ожидаем? Вопрос справедлив, поскольку даже в сотовых телефонах уже применяется режим авторегулирования яркости изображения встроенного фотоаппарата, называемый WDR. С другой стороны, встречаются модели с заявленным режимом расширения динамического диапазона, названным как Easy Wide-D или EDR, которые работают с типовыми CCD. Если в данном случае указывается величина расширения, то она не превышает 20-26 дБ. Одним из способов расширения динамического диапазона является применяемая сейчас компанией Panasonic технология Super Dinamic III. Она также основана на двойном экспонировании кадра за 1/60 с (1/50С-PAL) и 1/8000 с (с последующим анализом гистограмм, разделением картинки на четыре варианта с различной гамма-коррекцией и их интеллектуальным суммированием в DSP). На рис. 2 представлена обобщенная структура этой технологии. Подобная система расширяет динамический диапазон до 128 раз (на 42 дБ).

Наиболее перспективной технологией расширения динамического диапазона телекамеры на сегодня является технология Digital Pixel System™ (DPS), разработанная в Стен-фордском университете в 1990-х гг. и запатентованная компанией PIXIM Inc. Основным нововведением для DPS является использование AЦП для переведения величины фотозаряда в ее цифровое значение непосредственно в каждом пикселе сенсора. CMOS(КМОП)-матрицы сенсора препятствуют ухудшению качества сигнала, что увеличивает общее отношение сигнал/шум. Технология DPS позволяет вести обработку сигнала в режиме реального времени.

Технология PIXIM использует метод, известный как мультисемплинг (многократная выборка), что позволяет сформировать изображение высочайшего качества и обеспечить широкий динамический диапазон преобразователя (свет/сигнал). В технологии PIXIM DPS используется пятиуровневый мультисемплинг, это позволяет получать сигнал от сенсора с одним из пяти значений экспозиции. Во время экспонирования производится измерение величины освещенности каждого пикселя кадра (для стандартного видеосигнала — 50 раз в секунду). Система обработки изображения определяет оптимальное время экспонирования и сохраняет полученное значение до того, как произойдет перенасыщение пикселя и прекратится дальнейшее накопление заряда. Рис. 3 поясняет принцип адаптивного накопления. Значение светлого пикселя сохранено при времени экспонирования Т3 (перед насыщением пикселя на 100%). Темный пиксель накапливал заряд более медленно, что требовало дополнительного времени, его значение сохранено при времени Т6. Сохраненные значения (интенсивность, время, уровень шума), измеренные в каждом пикселе, одновременно обрабатываются и преобразуются в высококачественное изображение. Поскольку у каждого пикселя есть свой встроенный АЦП и параметры освещенности измерены и обработаны независимо, то каждый пиксель в действительности действует как отдельная камера.

Системы формирования изображения PIXIM, основанные на технологии DPS, состоят из цифрового сенсора изображения и процессора обработки изображения. В современных цифровых сенсорах используется квантование в 14 и даже в 17 бит. Относительно невысокая чувствительность, как основной недостаток CMOS-технологии, характерна и для DPS. Типовая чувствительность камер этой технологии ~1 лк. Типовое значение отношения сигнал/шум для формата 1/3" составляет 48-50 дБ. Заявляемый максимальный динамический диапазон — до 120 дБ с типовым значением 90-95 дБ. Возможность регулирования времени накопления для каждого пикселя матрицы сенсора позволяет при формировании изображения использовать такой уникальный метод обработки сигнала, как метод выравнивания локальных гистограмм, позволяющий резко повысить информативность изображения. Технология позволяет полностью компенсировать засветку фона, выделить детали, оценить пространственное положение объектов и деталей, находящихся не только на переднем, но и на заднем плане изображения. На фото 3, 4 и 5 приведены кадры, полученные типовой CCD-камерой и камерой PIXIM.

Практика

Итак, можно сделать вывод о том, что сегодня при необходимости вести видеонаблюдение в сложных условиях высококонтрастного освещения можно подобрать телекамеру, достаточно адекватно передающую весь диапазон яркости объектов. Для этого наиболее предпочтительно использование видеокамер с технологией PIXIM. Довольно хорошие результаты обеспечивают системы на основе двойного сканирования. Как компромисс можно рассматривать дешевые телекамеры на основе типовых матриц и электронных систем EWD и многозонной BLC. Естественно, желательно использовать оборудование с оговоренными величинами характеристик, а не только с упоминанием наличия того или иного режима. К сожалению, на практике результаты работы конкретных моделей не всегда соответствуют ожиданиям и рекламным заявлениям. Но это тема для отдельного разговора.

by Cal Redback

Динамический диапазон является одним из многих параметров, на которые обращают внимание все, кто покупает или обсуждает фотокамеру. В различных обзорах часто используется этот термин наряду с параметрами шума и разрешения матрицы. Что же обозначает этот термин?

Не должно быть секретом, что динамический диапазон фотоаппарата - это способность камеры к распознаванию и одновременной передаче светлых и темных деталей снимаемой сцены.

Если говорить более детально, то динамический диапазон камеры - это охват тех тонов, которые она может распознать между черным и белым. Чем больше динамический диапазон, тем больше этих тонов могут быть записаны и тем больше деталей может быть извлечено из темных и светлых участков снимаемой сцены.

Динамический диапазон обычно измеряется в значениях . Хотя вроде бы и очевидно, что важным является возможность захватить наибольшее, насколько это возможно, число тонов, для большинства фотографов приоритетной остается цель - попытаться создать приятный образ. А это как раз не означает, что необходимо, чтобы была видна каждая деталь изображения. Например, если темные и светлые детали изображения будут разбавлены серыми полутонами, а не черными или белыми, то вся картинка будет иметь очень низкую контрастность и выглядеть довольно скучно и нудно. Ключевыми являются границы динамического диапазона фотокамеры и понимание как можно использовать его для создания фотографий с хорошим уровнем контрастности и без т.н. провалов в светах и тенях.

Что видит камера?

Каждый пиксель в изображении представляет один фотодиод на сенсоре камеры. Фотодиоды собирают фотоны света и превращают их в электрический заряд, который затем преобразуется в цифровые данные. Чем больше фотонов, которые собираются, тем больше электрический сигнал и тем ярче будет в изображении пиксель. Если фотодиод не собирает никаких фотонов света, то никакой электрический сигнал не будет создан и пиксель будет черным.

датчик 1 дюйм

датчик APS-C

Тем не менее, датчики бывают различных размеров и разрешений, а также при их производстве используются различные технологии, которые влияют на размер фотодиодов каждого датчика.

Если рассматривать фотодиоды как ячейки, то можно провести аналогию с наполнением. Пустой фотодиод будет воспроизводить черный пиксель, в то время как 50% от полного покажет серый цвет и заполненный на 100% будет белым.

Скажем, мобильные телефоны и компактные камеры имеют очень маленькие датчики изображения по сравнению с DSLR. Это означает, что они также имеют гораздо меньшие фотодиоды на датчике. Таким образом, даже при том, что и компактная камера, и DSLR может иметь датчик 16-миллионов пикселей, динамический диапазон будет отличаться.

Чем больше фотодиод, тем больше его способность хранить фотонов света по сравнению с меньшим размером фотодиода в меньшем датчике. Это означает, что чем больше физический размер, тем диод может лучше записывать данные в светлых и темных областях

Наиболее распространена аналогия, что каждый фотодиод похож на ведро, которое собирает свет. Представьте себе, что 16 миллионов ведер занимаются сбором света по сравнению с 16 млн. чашек. Ведра имеют больший объем, за счет которого способны собрать большее количество света. Чашки гораздо меньшей емкости, поэтому при наполнении могут передать фотодиоду гораздо меньший по мощности , соответственно пиксель может воспроизводиться с гораздо меньшим количеством световых фотонов, чем получается от более крупных фотодиодов.

Что это означает на практике? Камеры с меньшими размерами датчиков, такие как в смартфонах или потребительские компакты, имеют меньший динамический диапазон, чем даже самый компактный фотоаппарат из системных камер или зеркалок, которые используют большие датчики. Тем не менее, важно помнить, что влияет на ваши изображения общий уровень контраста в сцене, которую вы фотографируете.

В сцене с очень низкой контрастностью разница в тональном диапазоне, захваченном камерой мобильного телефона и DSLR, может быть мала или вообще не различима. Датчики обеих камер способны захватывать полный диапазон тонов сцены, если свет выставлен правильно. Зато при съемке высококонтрастных сцен будет очевидным, что, чем больше динамический диапазон, тем большее количество полутонов он способен передать. И так как более крупные фотодиоды имеют лучшую способность при записи более широкого диапазона тонов, следовательно, и имеют больший динамический диапазон.

Давайте посмотрим разницу на примере. На фотографиях ниже можно наблюдать отличия в передаче полутонов камерами с разным динамическим диапазоном при одинаковых условиях высокой контрастности освещения.

Что такое разрядность изображения?

Разрядность тесно связана с динамическим диапазоном и диктует камере какое количество тонов может быть воспроизведено в изображении. Хотя цифровые снимки полноцветные по умолчанию, и они не могут быть сняты не цветными, датчик камеры на самом деле не записывает непосредственно цвет, он просто записывает цифровое значение для количества света. Например, 1-битное изображение содержит самую простую "инструкцию" для каждого пикселя, поэтому в данном случае есть только два возможных конечных результата: черный или белый пиксель.

Битное изображение состоит уже из четырех различных уровней (2×2). Если оба бита равны - это белый пиксель, если оба выключены, то это черный. Есть также возможность иметь два варианта, что на изображении будет соответственное отражение еще двух тонов. Двухбитное изображение дает черно-белый цвет плюс два оттенка серого.

Если изображение 4-битное, соответственно существует 16 возможных комбинаций в получении различных результатов (2x2x2x2).

Когда дело доходит до обсуждения цифровых изображений и датчиков, чаще всего можно услышать о 12, 14 и 16-битных датчиках, каждый из которых способен записывать 4096, 16384 и 65536 различных тонов соответственно. Чем больше битовая глубина, тем большее количество значений яркости или тона может быть записано с помощью датчика.

Но и тут кроется подвох. Не все камеры способны воспроизводить файлы с такой глубиной цвета, которую может позволить создать датчик. Например, на некоторых камерах Nikon исходные файлы могут быть как 12 бит, так и 14 бит. Дополнительные данные в 14-битных изображениях означают, что в файлах, как правило, больше деталей в светлых и темных областях. Так как размер файла больше, то и времени на обработку и сохранение тратится больше. Сохранение необработанных изображений 12-битных файлов происходит быстрее, но тональный диапазон изображения из-за этого сжимается. Это означает, что некоторые очень темные серые пиксели будут отображаться как черные, а некоторые светлые тона могут выглядеть как .

Когда происходит съемка в формате JPEG, файлы сжимаются еще больше. Изображения JPEG являются 8-разрядными файлами, состоящими из 256 различных значений яркости, поэтому многие из мелких деталей, доступных для редактирования в исходных файлах, снятых в , полностью теряются в файле JPEG.

Таким образом, если у фотографа имеется возможность получить наиболее полную отдачу от всего возможного динамического диапазона фотокамеры, то лучше сохранять исходники в "сыром" виде - с максимально возможной битовой глубиной. Это означает, что снимки будут хранить наибольшее количество информации о светлых и темных областях, когда дело коснется редактирования.

Чем понимание динамического диапазона фотокамеры важно для фотографа? Исходя из имеющейся информации, можно сформулировать несколько прикладных правил, придерживаясь которых, повышается вероятность получения хороших и качественных изображений в трудных условиях для фотосъемки и избегать серьезных ошибок и недочетов.

• Лучше снимок сделать более светлым, чем перетемнить его. Детали в светах "вытягиваются" проще, потому что они не такие шумные, как детали в тени. Безусловно, что правило действует при условиях более-менее правильно выставленной экспозиции.
• При замере экспозиции по темным областям лучше жертвовать детализацией в тенях, более тщательно проработав света.
• При большой разнице в яркости отдельных участках снимаемой композиции экспозицию следует замерять по темной части. При этом желательно выравнивать по возможности общую яркость поверхности изображения.
• Оптимальное время для съемки считается утреннее или вечернее, когда свет распределяется равномерней, чем в полдень.
• Портретная съемка пройдет лучше и легче, если использовать дополнительное освещение с помощью выносных вспышек для фотокамеры (например, купить современные накамерные вспышки http://photogora.ru/cameraflash/incameraflash).
• При прочих равных следует пользоваться наименьшим из возможных значением ISO.

Краткое пособие по созданию фотографий с расширенным динамическим диапазоном. В статье рассмотрены основные моменты съёмки HDR - выбор сюжета, настройка фотокамеры для съёмки с брекетингом, сделан небольшой обзор программ для склейки HDR, приведены альтернативные методы расширения динамического диапазона, работа со светофильтрами, а также съёмка HDR-панорам и работа в стиле мультиэкспозиции. Материал рассчитан для начинающих фотолюбителей, которые умеют пользоваться цифровым фотоаппаратом и имеют навыки обработки снимков на компьютере.

Что такое HDR?

Каждый фотолюбитель, увлекающийся пейзажной съёмкой, сталкивается с одной и той же проблемой - снимки живописного места или городской достопримечательности зачастую далеки от реальности и получаются или пересвеченными, или, наоборот, слишком тёмными.

В первом случае на снимке небо с облаками сильно переэкспонировано или отсутствует вообще, во втором - небо проработано хорошо, однако все остальные детали пейзажа настолько тёмные, что их практически не видно. Попытки изменить настройки экспозиции никоим образом не меняют ситуацию. Дело в том, что в отличие от фототехники, человеческий глаз способен воспринимать более широкий диапазон градации яркости.

Ответ нужно искать в ограниченном динамическом диапазоне современных цифровых камер. Экспонометр камеры замеряет экспозицию либо по светлым участкам (небо), либо, наоборот, по тёмным (здания, деревья, земля). Поэтому единственный выход из сложившейся ситуации — съёмка в режиме брекетинга экспозиции с последующим соединением снимков в графическом редакторе.

Технология HDR (High Dynamic Range, широкий динамический диапазон) соединяет светлые, средние и тёмные полутона серии изображений в один снимок с расширенным динамическим диапазоном. Чаще всего фотограф это делает с помощью специальной компьютерной программы; в некоторые фотокамеры встроен подобный функционал, они позволяют получать снимки HDR без использования компьютера.

Чтобы программа корректно соединила снимки, очень важно, чтобы они были максимально идентичными и отличались только параметрами экспозиции. При съёмке с рук даже в яркий солнечный день с короткой выдержкой не всегда удаётся держать камеру неподвижно, что приводит к небольшому сдвигу, в результате которого итоговое HDR-изображение получится смазанным. Поможет съёмка со штатива - фотограф получит серию снимков, которые, в теории, должны идеально совпадать. Однако на практике одинаковые снимки получатся только в безлюдном месте при полном штиле - ветер колышет ветки деревьев, в кадр попадают прохожие, проезжающие автомобили, а также птицы и прочие объекты. В этом случае за дело берутся программные алгоритмы, которые помогают бороться со смазом, на языке разработчиков эта технология называется Ghost Reduction, или «борьба с призраками».

Если штатива с собой нет, или условия съёмки не позволяют с ним возиться (во время экскурсии, или если снимать со штатива запрещено), вполне можно снимать в режиме брекетинга с рук, если найти хорошую опору и крепко удерживать камеру.

Ещё один вариант создания HDR - обработка одного снимка, снятого в формате RAW, в 2 этапа: сперва делается виртуальная копия файла, затем в одном снимке работают со светами, в другом - с тенями, после чего два файла склеиваются в итоговое изображение. И в завершение ещё одна техника - создание «псевдо-HDR» из одного файла с помощью обработки в специализированной программе, например Topaz Adjust.

В любом случае грамотно склеенные HDR снимки смотрятся очень эффектно и несомненно привлекают внимание зрителей.

Делать обычный снимок, или снимать HDR?

Определить, подходит ли сюжет для HDR, очень просто - достаточно сделать контрольный снимок приглянувшегося пейзажа в творческом режиме, например А, и тут же оценить результат по экранчику. Пересвечено небо и завалены тени на снимке, в то время как на самом деле всё вокруг выглядит потрясающе красивым? Можно смело снимать HDR, этот сюжет как раз наш случай.

Как ни странно, очень красиво выходят штормовые волны с грозовым небом - несмотря на то, что три экспозиции будут кардинально отличаться друг от друга, при склейке в Lightroom 6 можно получить неожиданно драматичный интересный снимок.

Довольно сложно снимать HDR на закате, особенно если на небе красиво подсвеченные облака, часто небо даже прочерчено лучами солнца сквозь тучи, - в этом случае динамический диапазон сцены не настолько широк, техника HDR здесь ни к чему, одиночного кадра RAW вполне достаточно. Лучше сосредоточиться на съёмке и ловить момент, пока солнце не спряталось за горизонт!

Однако и на закате, если с собой есть штатив, всегда имеет смысл сделать парочку серий, ведь можно получить весьма интересные снимки, намеренно затемнив небо и высветлив объекты на переднем плане. К тому же штатив позволит более тщательно продумать ракурс, а также прикрыть диафрагму до значений f/11-16 и интереснее поработать с глубиной резкости.

Сюжеты, которые не подходят для съёмки в стиле HDR:

1. Портрет . Есть исключения, однако в большинстве случаев портрет следует снимать в портретной технике.
2. Ночной или вечерний город.
3. Туман . В теории попробовать поснимать туман в стиле HDR можно, но только с узкой вилкой и как дополнение к обычным снимкам.
4. Длинная экспозиция с трейсерами или зеркальной водой.
5. Студийная съёмка и всевозможные предметы.
6. Репортаж, стрит , хотя стрит - весьма широкое и экспериментальное направление, здесь могут быть варианты.
7. Динамика , спорт, игры детей, животные, макро.
8. Пасмурная мрачная дождливая погода с «молочным» небом, в данном случае лучше поискать интересные ракурсы, чаще всего техника HDR не сделает пейзаж более интересным.
9. Зимний пейзаж . Сюжет спорный, у автора не получилось ни одного интересного зимнего HDR, однако так просто сдаваться и оставлять попытки было бы неверно.

Расширение динамического диапазона, вне всяких сомнений, требует творческого подхода, опыта и желания экспериментировать.

Настройка камеры для съёмки HDR

Практически все цифровые фотокамеры позволяют снимать с брекетингом экспозиции, эта функция имеется не только в зеркальных или беззеркальных камерах, но и во многих компактах, она появилась даже в смартфонах. Мы рассмотрим настройку на примере зеркалок Canon и Nikon. Настройка съёмки с брекетингом довольно сильно отличается в зависимости от производителя камеры и её модели.

В любом случае камеру надо настроить так:

1. Установить формат RAW и режим приоритета диафрагмы A, или полностью ручной режим М.
2. Настроить экспозицию, как будто мы снимаем один кадр. Например для пейзажа днём это будут чувствительность ISO 100 и диафрагма F/11, выдержку в режиме A камера выставит сама.
3. В меню камеры выбрать порядок съёмки экспозиций (минус) - (ноль) - (плюс), так проще потом сортировать серии на компьютере.
4. Настроить брекетинг - выбрать количество экспозиций и вилку. Новичкам для начала имеет смысл попробовать 3 экспозиции с вилкой ±2 или ±3EV.
5. Настроить таймер, лучше установить 2 секунды - этого времени вполне достаточно; если же в камере нет выбора из нескольких интервалов, установить какой есть. Если с собой есть спусковой тросик, самое время использовать его.
6. Построить кадр, выполнить автоматическую фокусировку (или навести фокус вручную), после чего лучше выключить автофокус.
7. Нажать кнопку спуска затвора, поехали!

Камеры Canon

Зеркальные камеры Canon позволяют снимать одновременно и быстро, и с брекетингом, и с таймером.

Отдельной кнопки включения брекетинга нет, нужно войти в меню и выбрать экспозицию. Далее колесом настроить вилку брекетинга и нажать SET. Внимание! Брекетинг включается именно таким образом, то есть в меню нет никакого пункта наподобие ВКЛ/ВЫКЛ. Камера может запомнить эту установку и будет делать кадры с брекетингом, пока фотограф не установит вилку в ноль.

Таймер включается как обычно: нажатие кнопки DRIVE и поворот колеса позволяют выбрать часики с цифрой 2 или 10. Можно для спуска затвора использовать тросик. Три изображения выше иллюстрируют настройку камеры Canon 5D Mark III.

Камеры Nikon

В зеркалках Nikon есть кнопка BKT, её нужно удерживать нажатой, после чего управляющими колёсиками установить количество экспозиций и вилку (Шаг). Чтобы выключить брекетинг, нужно поставить количество снимков в ноль.

Если использовать автоспуск, то между экспозициями камера будет отсчитывать некую дельту по времени, в результате динамичные объекты могут сдвинуться от экспозиции к экспозиции. Чтобы включить автоспуск, нужно повернуть левое управляющее колесо на значок с часиками (см. фото ниже).

Чтобы снять всю серию как пулемёт, без дельты по времени, надо включить скоростную съёмку (Ch на нижнем управляющем колесе выбора режима драйва, см. фото ниже). Далее удерживать кнопку спуска нажатой - серия готова, но при этом можно запросто сдвинуть камеру, даже укрепленную на штативе. При этом нельзя использовать таймер, так как скоростная съёмка включается тем же колесом, что и таймер автоспуска.

Таким образом, снимать с брекетингом одновременно и быстро, и с таймером на зеркальные камеры Nikon не получится. Скорее всего, в следующих моделях это исправят. На примерах выше изображена настройка Nikon D610.

Снимать со штатива, или с рук?

В данном примере показана съёмка городского HDR-пейзажа. Съёмка велась в режиме брекетинга экспозиции с шагом ±2 EV в режиме приоритета диафрагмы (А). Чтобы добиться хорошей глубины резкости на переднем и заднем плане, была выбрана диафрагма F/10. Для идеального совмещения снимков был использован штатив, так как выдержка минусовой экспозиции оказалось слишком длительной для уверенной съёмки с рук.

-2 EV	0 EV	+2 EV

Арка во дворе дома на Невском проспекте в Санкт-Петербурге была выбрана не случайно - на примере съёмки этого сюжета можно наглядно продемонстрировать возможности технологии HDR. Поскольку съёмка велась в дневное время, улица была освещена очень хорошо, в то время как пространство внутри арки находилось в тени.

Если вести съёмку, замеряя экспозицию по дому на заднем плане, на снимке будут проработаны только участки, находящиеся в области дневного освещения, для проработки светлых и средних тонов внутри арки динамического диапазона камеры явно недостаточно.

Чтобы расширить динамический диапазон, был использован режим брекетинга. На Невском проспекте сильное движение, в один из кадров попал проезжающий мимо автомобиль, к тому же пешеходы не стояли на месте и двигались. Поэтому чтобы добиться идеальной склейки трёх снимков лучше выбирать утренние часы для съёмки, когда движение на проспекте не столь активное, либо положиться на автоматику при склейке HDR, как и было сделано в данном примере.

Многие штативы, например фирмы Manfrotto, оснащены одним или несколькими индикаторами уровня - один на корпусе штатива, другой на штативной головке, что позволит очень ровно выставить горизонт.

Конечно, технология HDR подразумевает съёмку со штатива, однако если использовать штатив невозможно, допустимо снимать с рук, тем более днём. Здесь будет полезен стабилизатор изображений, а также хороший упор, например колонна, перила, собственная коленка или другие приёмы. Однако нужно внимательно следить за чувствительностью ISO и не устанавливать высокие значения, так как при склейке трёх «шумных» кадров ничего хорошего не получится.

Сколько снимать экспозиций?

Новичкам можно смело посоветовать на первых порах выбирать классический вариант HDR с тремя экспозициями и вилкой ±2 EV или ±3 EV в зависимости от сюжета или ситуации освещения.

Профессиональные фотографы, которые специализируются на съёмке интерьеров, говорят о 9 экспозициях, что позволяет им проработать максимум деталей в светах, тенях и средних тонах. Профессиональные камеры запросто позволяют снимать 9 экспозиций, к тому же фотограф может снять серию кадров в режиме М, просто изменяя выдержку, чтобы получить нужное ему количество экспозиций. Этот приём годится для неспешной съёмки внутри помещений, когда никто не мешает и есть достаточно времени. К тому же на ответственную съёмку фотограф берёт с собой компьютер, на котором можно тут же проверить результат склейки и внести коррективы в случае необходимости.

Классический пример, с тремя экспозициями, потому и классический, что подойдёт для большинства ситуаций съёмки:

-2 EV	0 EV	+2 EV

Пять экспозиций создадут ещё более широкий динамический диапазон, что позволит более интересно обработать фотографию при склейке, очень тонко проработав детали в светах и тенях. В теории можно всегда делать 5 экспозиций, однако, во-первых, и трёх экспозиций чаще всего вполне достаточно, а, во-вторых, с тремя работать быстрее и удобнее.

-1,4	-0,7	0	+0,7	+1,4

Сюжет выше снят в Павловске на камеру Sony a7, которая может автоматически снимать в серии 5 экспозиций. Склейка в программе HDR Efex Pro.

Также 5 экспозиций могут быть полезными, если есть много деталей в глубоких тенях, в средних тонах и светах, как в примере с каменным мостиком в лесу. Здесь вообще не видно неба с облаками, однако летний день был очень ярким, а тени в лесной чаще глубокими, и склейка HDR из пяти кадров позволила проработать все полутона и получить изображение, очень похожее на то, как бы мы видели этот сюжет своими глазами.

Этот сюжет снят в парке Сергиевка (Петергоф, пригород Санкт-Петербурга) на камеру Canon 5D Mark II, которая не умеет автоматически снимать 5 экспозиций в серии, поэтому различные экспозиции получены в режиме М путём смены выдержки. В данном случае фокусное расстояние 17 мм, ISO 100, F/10 и выдержка слева направо: 1/25, 1/13, 1/6, 0,3 и 0,5 секунды. Склейка в Lightroom 6.

Теперь обратите внимание на зимнюю фотографию этого же мостика. Съёмка велась в том же месте на то же самое оборудование, однако зимнее настроение передать не получилось, снимок не интересный. Очевидно, что техника HDR здесь совершенно ни к чему, можно было сделать просто один кадр в формате RAW.

-2 EV	0 EV	+2 EV

Как выбрать вилку экспозиции?

Прежде всего имеет смысл оценить контрастность сцены, возможно, сделать пару тестовых кадров, чтобы визуально оценить провалы в светах и тенях. На практике чаще всего приходится выбирать между ±2 и ±3 EV. Аббревиатура EV, кстати, означает Exposure Values, значения экспозиции, на жаргоне «стопы».

Если мы установили штатив и настроили камеру, лучше всего сделать две серии - и с вилкой ±2, и ±3 EV, и уже дома при обработке снимков выбрать наилучший вариант, ведь всегда хорошо, когда есть выбор. Вполне может оказаться, что какой-то сюжет лучше склеится из фотографий, снятых с более широкой вилкой, какой-то - из серии с более узкой.

Профессионалы из фирмы HDRsoft рекомендуют всегда использовать минимальное значение ISO и вилку ±2 EV. Из опыта съёмки HDR можно сказать, что первое утверждение сомнению не подлежит, в то время как в случае с вилкой возможны различные варианты и есть огромный простор для творчества.

Вилка ±3 EV

-3 EV	0 EV	+3 EV

Максимальную вилку ±3 EV стоит выбирать для высококонтрастных сюжетов, чтобы хорошо проработать и мелкие детали в тенях, и в светах. В данном примере такая широкая вилка совершенно лишняя, можно было вполне обойтись ±2 EV. Такие настройки выбраны намеренно для демонстрации проработки полутонов.

Вилка ±2 EV

-2 EV	0 EV	+2 EV

Вилку ±2 EV можно смело выбирать для съёмки любых пейзажей в любое время года. Во многих камерах можно установить не только целые значения, но и промежуточные между 2 и 3, таким образом подобрав идеальные настройки для каждого конкретного сюжета, основываясь на личном опыте и интуиции.

Вилка ±1 EV

-1 EV	0 EV	+1 EV

Вилка ±1 EV в случае с HDR практически не имеет смысла - такого же эффекта можно легко достичь в графическом редакторе при обработке RAW, так как в пределах ±1 EV можно запросто обрабатывать любую фотографию практически без потерь. Этот вариант пригодится, если нет уверенности в точном выборе экспопары, а детали проработать хочется.

Программы для склейки снимков HDR

Adobe Ligthroom 6

Инструмент склейки HDR появился только в 6-й версии этого замечательного RAW-конвертера, пользователи его долго и терпеливо ждали. На самом деле, с появлением в Lightroom возможности склейки панорам и HDR, потребность в Photoshop для обработки фотографий практически сведена на нет.

Диалоговое окно простое и понятное, ничего лишнего, никаких настроек. На выходе программа создаст склеенный файл в формате DNG (это сырой формат данных, разработанный компанией Adobe). Файл будет лежать в ленте миниатюр рядом с исходными экспозициями.

Когда следует обрабатывать фото - до склейки, или после? Инженеры Adobe советуют обрабатывать после склейки, так как вся информация из всех экспозиций будет содержаться в склеенном DNG, и у нас будут широчайшие возможности для тональной обработки любого участка фотографии - как в тенях, так и в светах или средних тонах. Профиль исправления оптических искажений также можно подключить уже после склейки, то же касается правки горизонта и кропа. Разумеется, любые обработки будут недеструктивны, можно вернуться к склеенному оригиналу в любой момент.

Преимущества

1. Пожалуй, лучший инструмент склейки HDR на сегодняшний день.
2. Простой и понятный интерфейс, ничего лишнего.
3. В диалоговом окне можно посмотреть в виде маски объекты, которые будет обработаны инструментом борьбы со самазом.
4. Будет прост и понятен для новичков.

Недостатки

1. Довольно сложно как-то влиять на работу алгоритма борьбы со смазом.
2. В некоторых местах фотографии появляются артефакты в виде полос или шума, вероятнее всего, вследствие работы этого самого алгоритма борьбы со смазом.

Adobe Photoshop CC

MacOS, Windows, подписка 300 рублей в месяц

Инструмент Merge to HDR программы Photoshop CC, который приведен на экраннике ниже, появился давно, в предыдущих версиях программы, и долгое время служил верой и правдой, он и сегодня работает, однако с выходом Lightroom версии 6 его функционал сильно проигрывает.

Особенность инструмента в том, что все обработки приходится делать в двух местах - сперва в диалоговом окне склейки, после чего дорабатывать фото до перевода из 16 в 8 бит на канал.

Преимущества

1. Возможность выбора экспозиции, на основе которой программа будет бороться со смазом, изменения отображаются на картинке в реальном времени.
2. Прекрасный алгоритм склейки HDR, который позволяет получать профессиональный результат.

Недостатки

1. Мало инструментов тональной обработки в диалоговом окне программы.
2. Необходимость дополнительной обработки до перевода из 16 в 8 бит на канал, например с помощью кривых.
3. Необходимы навыки работы с кривыми Photoshop.

HDR Efex Pro 2

MacOS и Windows, цена 5490 рублей за комплект программ.

HDR Efex Pro - это плагин, он является одним из нескольких плагинов в комплекте, который называется NIK Collection. Разработкой занимается компания NIK Software, эта компания с недавнего времени приобретена Google.

Преимущества

1. Большая коллекция готовых пресетов. Импорт пресетов, создание пользовательских.
2. Большое количество тональных настроек склейки HDR.
3. Приятный простой интерфейс.
4. Плагин для многих программ: Photoshop/Bridge, Lightroom, Apple Aperture.
5. Работа с «умными фильтрами» - возможно использовать Smart Filters программы Photoshop.
6. Локальные корректировки.
7. Прекрасно подойдёт новичкам для первых шагов в склейке HDR.

Недостатки

1. Неуверенная работа с однотонным участком неба, на котором нет облаков - этот участок практически наверняка получится в виде тёмного пятна.
2. Готовые пресеты зачастую делают слишком грубую картинку, слишком явно выраженный эффект HDR.
3. Не всегда удачная работа алгоритма борьбы со смазом объектов при склейке.

Oloneo PhotoEngine

Только для Windows, цена 150$.

Преимущества

1. Быстрая работа, все корректировки делаются практически в реальном времени, никаких тормозов.
2. Расширенная работа с цветом.
3. Программа работает как в качестве плагина для Lightroom, так и как самостоятельное приложение.
4. Наряду с традиционной склейкой HDR в программе есть уникальная технология HDR Re-light, которая позволяет соединить несколько фото, снятых не с различной экспозицией, а с разной подсветкой.

Недостатки

1. Удручающая работа алгоритма борьбы со смазом объектов при склейке, по сути его в программе просто нет.
2. Приложение выпускается только для Windows.
3. Программа довольно сложна для начинающих фотолюбителей.

Photomatix Pro 5.05

MacOS и Windows, цена примерно 100$

Эту программу можно смело назвать пионером в работе с HDR, ведь компания HDRSoft sari выпустила первое коммерческое приложение ещё в 2003 году. Кстати, интерфейс программы почти не изменился с тех пор, он выполнен в стиле ранних версий Windows и вызывает улыбку и ностальгию, однако при этом он весьма удобный и простой. Другое дело - принцип работы в программе. Наверное, Photomatix Pro - одна из самых глубоких программ с точки зрения тонких пользовательских настроек, и, несмотря на простоту интерфейса, разобраться в ней непросто. Новичкам нужно в обязательном порядке посмотреть несколько обучающих видео, которые представлены на сайте компании или на YouTube.

Преимущества

1. Огромное количество настроек склейки, включая различные алгоритмы и методы.
2. Настройки работают тонко, можно очень и очень точно проработать нужный параметр, например микроконтраст, детали в тенях и так далее.
3. Два алгоритма работы (Exposure Fusion или HDR Tone Mapping) на выбор.
4. Программа работает как самостоятельное приложение, а может использоваться в качестве плагина для Lightroom/ Photoshop Elements.
5. Наличие интересных готовых пресетов.
6. Возможность пакетной обработки нескольких серий.

Недостатки

1. Алгоритм борьбы со смазом объектов при склейке работает не всегда удачно.
2. Программа очень сложна для начинающих фотолюбителей.

HDR Expose 3

MacOS и Windows, цена примерно 120$.

Разработка компании Unified Color, выпускается как в виде самостоятельного приложения, так и плагина для Lightroom, Photoshop и Apple Aperture.

Преимущества

• Возможность пакетной обработки файлов.
• Возможность пакетной склейки HDR-панорамы.
• Шустрая работа.
• Возможно выбрать кадр, на основе которого программа будет бороться со смазом.
• Отличный алгоритм борьбы со смазом, на всех тестовых кадрах он отработал отлично.
• Большое количество регулировок настойки склейки, движки работают аккуратно, позволяя тонко настроить нужные параметры.
• Наличие версии как для Windows, так и для MacOS.
• Наличие как продвинутой версии (HDR Expose), так и версии с урезанным функционалом (HDR Express), разница составляет 40$.
• Программу можно порекомендовать новичкам, разобраться в ней не сложно.

Недостатки

• Не всегда удобный интерфейс, по крайней мере, в версии для MacOS, - некоторые надписи налезают друг на друга.
• Небольшое количество готовых пресетов обработки.

Luminance HDR

Linux, MacOS, Windows, бесплатно.

Эту программу стоит упомянуть по той причине, что она, наверное, одна из немногих, разработанных для всех трёх платформ и является наиболее популярной программой склейки HDR в операционной системе Linux. Вопрос выбора операционной системы выходит за рамки данного исследования, однако на примере программы Luminance HDR можно наглядно продемонстрировать, почему фотографы, да и вообще творческие люди предпочитают MacOS или Windows.

Интерфейс, функционал и в целом принципы работы в программе Luminance HDR сильно отличаются от конкурентов, здесь не получится работать методом «научного тыка», просто перебирая различные настройки на свой вкус. В программе есть алгоритмы борьбы со смазом, которые проверить в деле, однако, не получилось - программа упала.

Преимущества

• Самая популярная программа для склейки HDR в операционной системе Linux.
• Большое количество настроек тоновой коррекции.
• Несколько различных алгоритмов склейки.

Недостатки

• Весьма неспешная работа (тест проводится на офисном ноутбуке средней ценовой категории, система Ubuntu 15.04). Говоря проще, программа тормозит.
• Результат смены параметров не отображается на фото в реальном времени, нужно нажать кнопку Tonemap и ждать.
• Пошаговый алгоритм работы. Другими словами, не получится управлять методом борьбы со смазом в диалоговом окне склейки HDR, эту функцию можно включить только перед склейкой, на предыдущем шаге, на этапе выбора фотографий.
• Сложные принципы работы, в которых даже бывалым пользователям не разобраться без описания или инструкции.
• Неудобный запутанный интерфейс.
• Новичкам эту программу можно порекомендовать, если есть задача работать исключительно под Linux, а также в качестве неплохой головоломки.
• При попытке включить выравнивание объектов и функцию борьбы со смазом программа думала минут 15 и упала.

При работе с программой Luminance HDR постоянно возникало желание прекратить мучения и запустить Lightroom 6, в которой те же операции можно сделать на порядок быстрее, в несколько раз удобнее удобнее и с более предсказуемым результатом.

DSLR Remote Pro

Говоря про программы для склейки HDR, нельзя не сказать о программе DSLR Remote Pro, которая позволяет управлять камерой с компьютера. При прочих несомненных достоинствах программа позволяет автоматически снимать с брекетингом до 15 кадров в серии. Мало того, она совместима с упомянутой выше программой Photomatix Pro, в связке с которой может и автоматически создавать HDR изображения. Разумеется, Photomatix Pro необходимо приобрести независимо от DSLR Remote Pro и установить её на компьютер.

В рамках данного исследования нет смысла углублённо рассматривать DSLR Remote Pro; несколько лет назад я написал большой обзор этой программы , это весьма интересный и уникальный в своём роде продукт. Всем интересующимся рекомендую посетить сайт компании Breeze Systems, выяснить совместимость программы со своей фотокамерой и попробовать демо-версию в деле.

Обработка одного фото, или создание «псевдо-HDR»

Почти все без исключения программы по созданию HDR-изображений, наряду со своей прямой функцией, предлагают ещё и функцию создания так называемого «псевдо-HDR» изображения. Суть данного метода в том, что программа позволяет пользователю, у которого нет серии HDR-снимков, создать эффект фото с расширенным динамическим диапазоном из одной фотографии.

Самый распространенный пример - съёмка в серую пасмурную погоду, съёмка из-под арки и так далее. Небо в таком случае почти наверняка окажется цвета молока, а передний план тёмным. Разумеется, грамотная съёмка со штативом серии снимков с последующей склейкой спасла бы ситуацию, однако зачастую нам просто не хватает времени, терпения и усидчивости заниматься подобными вещами. Группа туристов уходит, друзья зовут не отставать, шашлык стынет, да и компаньонов по прогулке чаще всего сильно раздражает спутник, который постоянно возится со своим штативом, не правда ли? Наверняка многие чувствовали подобное на себе, и не раз…

Здесь уместно ещё раз отметить, что съёмка в формате RAW нужна именно для последующей обработки снимков. Также имеет значение размер и разрешение матрицы фотокамеры, полнокадровые современные матрицы выдают очень широкий динамический диапазон, зачастую позволяя «тянуть» света и тени весьма в широких пределах.

HDR Efex Pro 2

Цена 5490 рублей на комплект программ.

Основным назначением плагина, конечно, является склейка HDR из нескольких экспозиций, однако можно обрабатывать и одиночное фото.

На скриншоте выше показан пример отображения на экране одновременно двух состояний фотографии - было/стало, что в случае склейки традиционного HDR не имеет смысла, так как состояния «было» не существует. Можно выбрать один из готовых пресетов и доработать его.

Topaz Adjust 5

MacOS и Windows, цена 50$.

Пожалуй, самый эффектный плагин известной софтверной компании. Выпускается для Windows и MacOS и может быть приобретён как отдельно, так и в составе целого пакета плагинов.

Основное преимущество плагина - огромное количество готовых пресетов, отсортированных по тематике обработки, можно сказать, на все случаи жизни. Выбрав пресет, можно тут же доработать его действие движками-регуляторами. Особых чудес ждать от плагина не следует, однако возможности обработки поражают. Недостатком можно назвать тот факт, что эффект HDR в большинстве готовых пресетов слишком сильный, преувеличенный, обработка сразу бросается в глаза.

HDR панорама

Мы часто снимаем и широкие панорамы, и захватывающие дух HDR, однако что будет, если соединить эти две техники? Правильно, получится красивая панорамная фотография с широким динамическим диапазоном, то есть хорошо проработанными деталями в тенях, средних тонах и светах. Снимать такие сюжеты сложно, так как нужно одновременно использовать свой опыт съёмки в двух различных техниках.

Здесь на помощь придёт классический подход - снимать панораму из трёх серий по три экспозиции каждого кадра с вилкой ±2 или ±3 EV, по ситуации освещённости сюжета. Можно делать серий и больше, однако потом с таким огромным количеством снимков очень сложно работать, вдобавок мгновенно съедается место на жёстком диске, компьютер тормозит, нервы на пределе, а результат непредсказуем.

Вторым сложным моментом является наличие динамичных объектов в кадре. И если снимать панораму из 5 кадров HDR, каждый из которых склеен из трёх, то в итоге получится 15 кадров, в каждом из которых двигаются ветки деревьев, ездят автомобили, ходят люди. И запросто может возникнуть ситуация, при которой один и тот же объект может оказаться во всех пяти кадрах в разных местах. В данном случае можно либо положиться на программу склейки, либо аккуратно работать штампом в каждом снимке. В примере ниже можно заметить, что человек двигался и менял позу, однако Lightroom 6 справилась с этой задачей.

В примере представлена панорама, склеенная из 5 HDR фотографий, которые в свою очередь склеены из 3 экспозиций каждая. Lightroom 6.

Автоматические методы съёмки HDR

Многие современные камеры позволяют снимать и клеить HDR автоматически. Камера в этом режиме как правило сделает серию кадров, после чего сама склеит финальный HDR. В подавляющем большинстве случаев съёмку нужно вести в формате JPEG, и на выходе мы также получим готовый JPEG, который «пересклеить» уже не выйдет.

Некоторые камеры позволяют наряду со склеенным JPEG записать на карту памяти ещё и исходные экспозиции, которые можно дома попытаться по-своему склеить на компьютере. Поддерживает ли та или иная камера эту функцию, нужно смотреть в инструкции или внимательно читать обзоры, в спецификациях как правило такие тонкости не отражены.

Например, камера Pentax k3 делает иначе - она склеивает три экспозиции в один файл в формате RAW (DNG), объём которого приближается к 100 мегабайтам. Сырой формат и большой объём данных позволит при желании редактировать снимок в очень широких пределах. Мало того, фирменная утилита Digital Camera Utility способна извлечь из этого файла отдельные экспозиции, после чего фотограф сможет «пересклеить» их заново, применяя другие алгоритмы, нежели применяла фотокамера. Разумеется, проверить в деле данный функционал, не имея в руках самой камеры, невозможно, остаётся поверить на слово .

Активный D-Lightning

Это фишка всех современных зеркалок Nikon. Особого драматизма на фото не видно, а при обработке RAW в графическом редакторе можно легко достичь более интересных результатов. Шесть изображений ниже сняты на камеру Nikon D610.

ADL AUTO	ADL умеренный	ADL нормальный
ADL усиленный	ADL сверхусиленный	ADL Выкл.

И ещё странный момент: на сырой файл эта функция влияния не оказывает, только на JPEG. Вернее, не совсем так: при открытии NEF в программе от Nikon, Capture NX-D, информация про Активный D-Lightning будет прочитана, и файл отобразится согласно заданным установкам этого параметра. Если же работать с данным NEF в любом другом редакторе, смысла пользоваться этой функцией нет, лучше её отключить, чтобы не расходовать зря энергию.

HDR

Во многих камерах есть автоматический режим склейки HDR, он включается в меню и работает только при съёмке в JPEG, - камера сама снимет серию из нескольких кадров и склеит готовый файл. В камерах Nikon, чтобы камера запомнила факт включения этого режима, нужно установить «серия», иначе перед каждым следующим снимком в стиле HDR эту функцию придётся заново активировать в меню.

Extra High	High	Normal	Low	OFF

Можно настроить вилку (в меню это называется «Диффер-я экспозиции») и жесткость обработки (это почему-то называется «Смягчение»). Как показывает практика, особых чудес от съёмки в этом режиме ждать не следует.

Спецэффекты

Специальный сюжетный режим или спецэффект позволит делать снимки в стиле HDR, однако они вряд ли могут быть интересны, кроме как для прикола.Подобный спецэффект может называться наподобие «HDR живопись».

Nikon D5300	Sony a5000

Съёмка в автоматическом режиме поможет начинающему фотографу при выборе ракурса съёмки, а также позволит быстро принять решение - стоит ли вообще снимать выбранный сюжет с брекетингом экспозиции. Увидев интересный ракурс, можно быстро снять пример, глянуть на экранчик, и если результат окажется интересным, расставить штатив и сделать серию не торопясь и вдумчиво.

Мультиэкспозиция

Данная техника уходит корнями в плёночные времена, вероятнее всего, кто-то однажды забыл перевести кадр и получил интересный художественный результат, когда одно изображение наложилось на другое.

При съёмке на плёнку фотограф мог сделать первый кадр в одном месте, после чего не переводить плёнку и сделать второй кадр на это же место плёнки, находясь в другом городе хоть через неделю или месяц, и так нужное ему число раз. Конечно, результат можно увидеть только при проявке этой плёнки.

Большинство современных зеркалок Nikon, например D7200, Df или D610, умеют снимать кадры в стиле мультиэкспозиции. Доступно наложение 2 или 3 кадров (в Nikon DF - до 10 кадров), при этом можно снимать в RAW. По умолчанию максимальное время между экспозициями составляет 30 секунд, это время можно увеличить с помощью пользовательской настройки. Так же, как и для HDR, в меню можно выставить Вкл. (серия) или Вкл. (один снимок) - в первом случае камера снимет одну мультиэкспозицию, и можно приступить к съёмке следующей, в то время как во втором случае после съёмки одной мультиэкспозиции камера сама переведет эту установку в режим Выкл.

Есть ещё такой параметр, как «Автоусиление». Этот параметр нужно настроить на свой вкус, инструкция не даёт никаких конкретных рекомендаций на этот счёт, за исключением того, что предлагает отключить автоусиление, если фон тёмный.

Съёмка в стиле мультиэкспозиции - непростая творческая задача. Если в случае с HDR можно хотя бы примерно представить себе, как будет выглядеть будущий кадр (например мысленно затемнить небо и высветлить тени на земле), при съёмке Time Lapse можно мысленно ускорить движение облаков на небе или течение каких-либо событий, то в случае мультиэкспозиции представить себе будущий кадр неимоверно сложно.

Всем интересующимся мультиэкспозицией можно порекомендовать изучить работы

#HDR #HDR_Pro #HDR10 #HDR_Ready #Active_HDR_(HDR10_+_HLG) #HDR_1000 #QHDR_1500 #HDR_Premium

Введение: что такое HDR?

В последние два-три года аббревиатуру "HDR" часто можно было встретить в контексте обсуждения характеристик экранов телевизоров от ведущих производителей. Эта технология стала «новой большой вехой» в области качества телевизионного изображения, чему способствует также развитие отраслей кино и консольных видеоигр. В настоящее время технологию HDR также начали более широко применять в мониторах для настольных компьютеров, и мы все чаще слышим о поддержке HDR в этой области, в частности, об этом говорилось на выставке CES-2017, проходившей в Лас-Вегасе.

Мы считаем, что будет полезно оглянуться назад и посмотреть, что же представляет собой технология HDR, что она предлагает нам, каким образом осуществляется, а также что нужно знать пользователю, чтобы сознательно выбрать дисплей под соответствующий контент, требующий именно HDR. Здесь мы постараемся в большей степени сконцентрироваться на компьютерных мониторах, не углубляясь в сферу ТВ.

Проще говоря, "высокий динамический диапазон" (High Dynamic Range, HDR) характеризует способность дисплея передавать большую разницу в яркости между яркими и темными частями изображениями. Для игр и кино это является значительным преимуществом, поскольку способствует созданию более реалистичного изображения и помогает сохранить детализацию в сценах, где контрастность может быть лимитирующим фактором. На экране с низкой контрастностью или работающем в стандартном динамическом диапазоне (standard dynamic range, SDR) мелкие детали в затемненных сценах будут потеряны – из-за того, что оттенки темно-серого будут отображаться как черные. Аналогично в сценах с большой яркостью можно потерять детали из-за того, что яркие элементы превращаются в белые. Это становится проблемой при воспроизведении на экране сцен, в которых одновременно присутствуют яркие и затемненные детали. В компании NVIDIA коротко сформулировали основание для применения HDR в виде тройного принципа: "яркие участки изображения должны оставаться яркими, темные – темными, и детали должны быть видны на тех и на других". Это способствует созданию более реалистичной и "динамичной" картинки (отсюда и название) по сравнению с дисплеями со стандартным диапазоном.

В сфере маркетинга термин HDR часто трактуется более широко, подразумевая не только повышение контраста между яркими и темными участками изображения, но и улучшение цветопередачи с увеличением цветового охвата. Далее мы также поговорим об этом, но с технической точки зрения HDR означает прежде всего увеличение контраста между яркими и затемненными частями изображения.

Рендеринг изображений в HDR

С HDR связан термин HDRR (High Dynamic Range Rendering), описывающий процесс построения изображений (рендеринг), в котором система компьютерной графики применяет расчеты яркости пикселей, выполняемые в высоком динамическом диапазоне. О значении контрастности мы уже рассказали во введении; HDR-рендеринг также полезен для сохранения естественной яркости при передаче на экране прозрачных свойств материалов (например, стекла) и таких оптических явлений, как отражение и преломление света. В SDR-рендеринге элементам очень ярких источников света, например, солнца, присваивается коэффициент яркости 1,0 (белый цвет). При передаче отражения такого источника коэффициент яркости должен быть меньше или равен 1,0. Однако в HDR-рендеринге элементы очень ярких источников света могут иметь коэффициент яркости больше 1,0 для лучшей передачи их действительной яркости. Это позволяет воспроизводить их отражения от поверхностей, соответствующие естественной яркости таких источников света.

Рядовой монитор для настольного компьютера с панелью TN Film или IPS реально может обеспечить контрастность в районе 800:1–1200:1, тогда как контрастность панели с технологией VA обычно находится в интервале 2000:1–5000:1. Человеческий глаз может воспринимать визуальные сюжеты с очень высокой контрастностью – примерно 1 млн:1 (1 000 000:1). При изменении освещенности адаптация достигается за счет приспособительных реакций радужной оболочки глаза, которые занимают некоторое время – как, например, при переходе из яркого света в темноту. В любой отдельно взятый момент времени диапазон глаза значительно меньше – около 10 000:1. Тем не менее, это все-таки больше, чем диапазон большинства дисплеев, включая панели VA. Вот здесь и нужна технология HDR – для расширения динамического диапазона экрана и обеспечения более высокой «живой» контрастности.

Стандарты для контента и HDR10

На рынке HDR все еще остается довольно мутная область – стандарты для контента, обеспечивающие в конечном счете совместимость дисплея и воспроизводимого на нем контента. В настоящее время существует два основных стандарта – HDR10 и Dolby Vision. Мы здесь не будем углубляться в детали и скажем только, что стандарт Dolby Vision подразумевает более высокое качество изображения, так как он поддерживает динамические метаданные (возможность динамической настройки контента – кадр за кадром) и 12-битный цветовой формат. Однако он подразумевает использование закрытой технологии, что включает в себя дополнительную плату за лицензию, а также требует наличия дополнительного «железа», поэтому устройства с поддержкой этого стандарта стоят дороже. С другой стороны, стандарт HDR10 поддерживает только статические метаданные и 10-битный цветовой формат, но он открытый и поэтому распространен более широко. К примеру, Microsoft и Sony для своих новых игровых консолей приняли стандарт HDR10. Он также является стандартом по умолчанию для дисков Blu-ray Ultra HD.

На самом деле, несмотря на различия контент-стандартов, дисплеи сравнительно легко могут поддерживать несколько форматов. На рынке ТВ достаточно часто можно встретить экраны, поддерживающие как Dolby Vision, так и HDR10, а также другие менее распространенные стандарты, такие как Hybrid Log Gamma (HLG) и Advanced HDR.

Компания Samsung недавно начала активно продвигать разработку так называемого стандарта HDR10+, который содержит ряд усовершенствований, направленных на восполнение недостатков предыдущей версии, – например, включает поддержку динамических метаданных. Со своей стороны Dolby Vision недавно переориентировала свой стандарт полностью на программное обеспечение, устранив таким образом сложности с дополнительным «железом» и связанной с ним дополнительной прибавкой к цене.

Когда придет время просматривать различного формата HDR-контент, вам понадобится дисплей с поддержкой соответствующего стандарта. Дисплеи, совместимые с HDR10, распространены очень широко, и контент в формате HDR10, соответственно, широко поддерживается. Dolby Vision менее распространен, хотя в некоторых телевизорах рекламируется поддержка этого стандарта – для тех, кто желает смотреть контент в формате Dolby Vision. Рынок мониторов пока представляется сфокусированным на HDR10, однако мы еще увидим экраны с рекламируемой поддержкой формата Dolby Vision. Это только вопрос времени.

Способы достижения высокого динамического диапазона и улучшения контрастности

Вам, вероятно, знаком термин "динамическая контрастность" (Dynamic Contrast Ratio, DCR), обозначающий технологию, которая уже много лет широко применяется в мониторах и экранах телевизоров , хотя в последнее время несколько утратила свою популярность. В основе динамической контрастности лежит способность экрана повышать или понижать свою яркость целиком – в зависимости от содержания конкретной сцены – за счет изменения яркости подсветки (backlight unit, BLU). Такое "общее затемнение" работает следующим образом: в более ярких сценах яркость подсветки переключается на более высокую, в более темных – на более низкую. Иногда подсветка может даже выключиться совсем, если сцена на экране полностью черная. Конечно, в реальном контенте это редко встречается, но может быть специально достигнуто при тестировании для определения возможности воспроизведения точек с еще более низким уровнем черного – потому что экран по сути выключен! Это позволяет производителям устанавливать крайне высокие значения динамической контрастности, по которым можно сравнивать разницу уровней самого яркого белого (при максимальной интенсивности подсветки) и самого темного черного (при минимальном значении яркости подсветки, а иногда даже при полностью выключенной подсветке). Данный технический прием получил весьма широкое распространение, и вот мы уже наблюдаем сумасшедшие значения DCR, устанавливаемые производителями экранов, – порядка миллионов к единице. На практике же, постоянное изменение яркости подсветки может оказаться отвлекающим или раздражающим фактором, многим людям это не нравится, и они просто отключают данную опцию. На самом деле, переменная яркость подсветки не вносит большого вклада в расширение динамического диапазона при восприятии контрастности, так как при быстром изменении яркости всего экрана человеческий глаз не успевает адаптироваться к новому значению общей яркости, а разница между яркими и темными участками в пределах одной сцены остаётся той же самой.

Краевое локальное затемнение

В последнее время, говоря о возможных путях преодоления ряда ограничений в части контрастности LCD дисплеев, производители часто употребляют термин "локальное затемнение". Локальное затемнение используется для затемнения "локальных" участков экрана – области экрана, которые должны быть темными, затемняются, в то время как яркость остальных областей не изменяется. Это помогает улучшить видимую контрастность и выявить детали в темных сценах или в контенте с невысокой яркостью в целом.

Существуют разные способы создания локального затемнения за счет снижения яркости подсветки в множественных локальных областях экрана. Наиболее простой и дешевый подход – применение метода "краевого локального затемнения". Все используемые в этом методе светодиоды подсветки расположены по границам экрана и поделены на группы, управляющие яркостью определенных областей (зон) экрана. Чем больше зон, тем лучше, так как контроль содержимого экрана становится более дискретным. В ряде случаев такое локальное затемнение может давать некоторый положительный эффект на дисплеях с DCR, но чаще не помогает совсем. Иногда картинка в результате может даже стать хуже, если общее изменение яркости одновременно накладывается на большие области экрана. На это может влиять расположение светодиодов, например, располагаются они по периметру экрана или же только по верхней и нижней или левой и правой его границам. Часто технология локального затемнения предлагается только в качестве опции – там, где имеют место ограничения по мощности или где необходим более тонкий форм-фактор, как, например, в некоторых телевизорах и особенно в ноутбуках. Метод краевого локального затемнения до сих пор реализуется в большинстве мониторов для настольных компьютеров. Он не слишком дорог и не слишком сложен для массового применения, а главное – обеспечивает уровень локального затемнения, позволяющий успешно продвигать технологию HDR. 8-зонная краевая подсветка в мониторах для настольных компьютеров – довольно типичная картина по сей день. Например, в модели Samsung C32HG70 используется именно такой вид подсветки для локального затемнения.

Матричное локальное затемнение

Создать локальное затемнение можно более оптимальным способом – используя "матричное локальное затемнение" (Full-Array Local Dimming, FALD), где, в отличие от краевых схем, отдельные светодиоды подсветки, расположенные за панелью LCD, составляют сплошную матрицу. В компьютерных мониторах краевая подсветка является гораздо более распространенным методом, но в телевизионных экранах стали чаще применяться матричные методы подсветки. Было бы идеально, если бы каждый светодиод имел индивидуальное управление, но в реальности полная площадь подсветки LCD экранов только разбивается на отдельные "зоны", в которых и осуществляется локальное затемнение. Большинство производителей не раскрывают информацию о том, сколько зон используется в конкретных моделях, но обычно количество зон исчисляется десятками. В некоторых телевизионных экранах класса high end фактическое число зон очень велико – 384. Каждая зона отвечает за определенный участок экрана, хотя изображения объектов, размеры которых меньше размеров зоны (например, звезда на фоне ночного неба), не получают преимуществ от использования локального затемнения и могут выглядеть на экране несколько приглушенными. Чем больше зон и чем меньше их размеры, тем лучше обеспечивается контроль яркости содержимого экрана.

Широкое внедрение технологии матричной подсветки встречает ряд трудностей. Во-первых, она намного дороже простой краевой подсветки, поэтому следует заранее готовиться к высокой розничной цене дисплеев, поддерживающих данную технологию. Система матричной подсветки с 384 зонами вносит большой вклад в себестоимость продукции, что неизбежно отражается на розничной цене. Во-вторых, управляемая матричная светодиодная подсветка требует увеличения размера экрана в глубину, так что тут мы даже увидим определенный шаг назад по сравнению с ультратонкими профилями, которые уже стали привычными. В настоящий момент технологию FALD поддерживают только некоторые мониторы, среди которых можно выделить две разновидности: 27-дюймовые модели 16:9 с 384 зонами подсветки и 35-дюймовые ультраширокоформатные модели 21:9 с 512 зонами подсветки. Далее мы рассмотрим их более подробно. Следует иметь в виду, что мониторы с технологией FALD считаются лучшими пока что теоретически, а на практике они могут проявлять себя по-разному. Применение в мониторах технологии FALD само по себе не означает, что они обязательно окажутся намного лучше, оно просто подразумевает их более высокий потенциал при успешной реализации технологии.

Просмотр HDR-контента

Экран с HDR и персональный компьютер

На сегодняшний день достаточно сложно разобраться в портах подключения, поддерживающих HDR, и перед тем, как покупать современный монитор с HDR для своего компьютера, следует знать некоторые вещи. Для начала нужно убедиться, что ваша операционная система (ОС) совместима с HDR. Например, последние версии Windows 10 поддерживают HDR, но многие ОС поведут себя несколько необычно, когда вы подключите свой новый монитор к компьютеру. Картинка может выглядеть тусклой и полинявшей в результате того, что ОС распространяет параметры HDR на весь остальной контент. Работа с HDR-контентом по идее должна проходить гладко (если у вас получилось этого добиться – поделитесь опытом!) и оставлять приятные впечатления от высокого динамического диапазона и широкого цветового охвата. Однако на практике обычную повседневную работу даже при включенной опции HDR сложно назвать нормальной. Windows накладывает ограничение на яркость экрана – не более 100 кд/м 2 , потому что полная яркость подсветки 1000 кд/м 2 может ослеплять при работе с таким контентом, как документы Word или Excel. Это ограничение оказывает непосредственное влияние на восприятие оригинального изображения, снижая яркость и насыщенность цвета. ОС также пытается подгонять обычный sRGB-контент под более широкое цветовое пространство HDR-экрана, что вызывает дополнительные проблемы. К сожалению, на данный момент Windows не всегда автоматически переключается на HDR и обратно при распознавании соответствующего контента, так что тут может иметь место тот самый случай, когда приходится лезть в раздел настроек и вручную устанавливать нужную опцию (settings > display > HDR and Advanced Color > off/on). Windows показывает себя с лучшей стороны при использовании интерфейса HDMI – при таком подключении монитора, по-видимому, осуществляется корректное переключение между SDR- и HDR-контентом, и можно надеяться, что вам не придется каждый раз включать или выключать опцию HDR в настройках Windows, когда вы будете запускать разный контент. Это не является признаком неисправности дисплея, и, возможно, когда технология HDR немного устоится, мы получим более адекватную поддержку со стороны ОС.

У совместного использования ПК и HDR-контента есть еще одна сложность – поддержка со стороны видеокарты. Новейшие карты NVIDIA и AMD поддерживают HDR и даже располагают соответствующими портами: DisplayPort 1.4 или HDMI 2.0a+. Если вы хотите получать полноценные впечатления от HDR, вам потребуется видеокарта топового уровня. Кроме того, существует ряд дополнительных сложностей, связанных с прямой трансляцией видеоконтента и защитой (при желании вы можете изучить эти вопросы в дальнейшем). На сегодняшний день в продаже имеются видеокарты с поддержкой HDR, но вряд ли они скоро подешевеют.

И наконец, следует рассмотреть еще один вопрос, связанный с поддержкой HDR-контента при его просмотре на ПК. В настоящее время кино- и видеопродукция с HDR, предлагаемая в том числе такими трансляционными сервисами, как Netflix, Amazon Prime и YouTube, не будет корректно воспроизводиться на ПК из-за ряда сложностей в части обеспечения защиты. Данные сервисы транслируют HDR-контент с помощью своих специальных приложений в расчете непосредственно на HDR ТВ, где независимое аппаратное обеспечение существенно облегчает контроль. Таким образом, значительное количество HDR-контента, предоставляемое этими трансляционными сервисами, в настоящее время сложно или невозможно просматривать на персональном компьютере. К счастью, подключение к монитору внешнего проигрывателя Blu-ray Ultra HD или медиаприставки с поддержкой HDR, например, Amazon Fire TV 4K, упрощает дело, устраняя проблемы с программным и аппаратным обеспечением, поскольку поддержка HDR технически заложена в этих устройствах.

Играть на ПК в высоком динамическом диапазоне несколько проще, если вы сможете найти игры с корректной поддержкой HDR, ваша операционная система совместима с HDR и у вас есть соответствующая видеокарта. Компьютерных игр с поддержкой HDR пока немного – даже если таковые представлены на рынке консольных игр, у них не всегда есть эквивалентная HDR-версия для ПК. Очевидно, что со временем их станет больше, но пока они создаются в сравнительно небольшом количестве. В общем и целом, на данный момент это довольно сложная область взаимодействия ПК с HDR.

Экран с HDR и внешние устройства

К счастью, с внешними устройствами дело обстоит проще. Встроенная система программно-аппаратного обеспечения проигрывателя Blu-ray Ultra HD или медиаприставки (Amazon Fire TV 4K HDR и т.д.) облегчает жизнь. Вывод HDR-контента на экран с этих устройств не представляет трудностей – вам просто нужен соответствующий дисплей.

Также заслуживают внимания игровые консоли, поддерживающие HDR. Данный сегмент рынка уже немного устоялся, и благодаря целостной компоновке программного и аппаратного обеспечения этих систем вам не придется беспокоиться по поводу возможных ограничений со стороны операционной системы или видеокарты при воспроизведении HDR-контента. Поддержка HDR на таких игровых консолях, как PS4, PS4 Pro или X Box One S осуществляется при подключении их к монитору через порт HDMI 2.0a.

Стандарты для HDR и сертификация: ТВ-сегмент

В то время как HDR-контент создается по определенным стандартам, сами HDR-дисплеи могут различаться по характеристикам и в части поддержки различных аспектов изображения. ТВ-экраны, а в последнее время и мониторы для ПК часто позиционируются на рынке как "HDR", но по своим спецификациям и уровню поддержки технологии HDR они отличаются друг от друга. С целью прекратить злоупотребление термином HDR, прежде всего на рынке ТВ, и предотвратить дальнейшее распространение множества вводящих в заблуждение спецификаций и рекламных проспектов был учрежден альянс UHD Alliance. Данный альянс представляет собой консорциум, куда входят производители телевизоров, разработчики технологий, а также студии, выпускающие ТВ-программы и фильмы. До этого не существовало никаких четких стандартов для HDR, и не было спецификаций, разрабатываемых производителями дисплеев для предоставления пользователям информации об уровне поддержки HDR. 4 января 2016 г. Ultra HD Alliance опубликовал сертификационные требования к "правильному HDR-экрану", с акцентом на ТВ-сегменте, поскольку на тот момент компьютерные мониторы с HDR на рынке еще не появились. В документе были кратко сформулированы основные положения стандарта "правильной" поддержки HDR, а также ряд других ключевых требований, обязательных для производителей, которые будут сертифицировать свой экран как "Ultra HD Premium". Основное внимание в спецификации стандарта Ultra HD Premium уделено характеристикам контрастности и цветности.

Контрастность / Яркость / Глубина черного

Существует два варианта спецификации – для дисплеев LCD и OLED соответственно – непосредственно относящиеся к аспектам HDR.

Вариант 1. Максимальная яркость – 1000 кд/м 2 или более, уровень черного – менее 0,05 кд/м 2 , в результате чего достигается значение контрастности 20 000:1. Данная спецификация представляет стандарт Ultra HD Alliance для LCD дисплеев.

Вариант 2. Максимальная яркость – более 540 кд/м 2 , уровень черного – менее 0,0005 кд/м 2 , в результате чего достигается значение контрастности 1 080 000:1. Данная спецификация соответствует стандарту для OLED дисплеев. В настоящее время технология OLED ведет борьбу за повышение максимальной яркости. Тем не менее, хотя она пока не может обеспечить столь же высокую яркость, как у LCD экранов, гораздо большая глубина черного позволяет получить на OLED экранах очень высокую контрастность, удовлетворяющую требованиям HDR.

В дополнение к аспектам, связанным с HDR, стандарт Ultra HD Premium включает ряд других важных требований, выполнение которых является обязательным для успешного прохождения сертификации:

Разрешение – дисплей, обозначаемый как "Ultra HD Premium", должен обеспечивать разрешение не менее 3840 x 2160. Такое разрешение часто обозначают как "4K", однако официально это разрешение "Ultra HD", а "4K" составляет 4096 x 2160.

Глубина цветопередачи – дисплей должен принимать и обрабатывать 10-битный цветовой сигнал для обеспечения большей глубины цветопередачи. Это подразумевает возможность обработки сигнала с количеством цветов более 1 млрд. Вы могли часто слышать о телевизорах с 10-битным цветом или, скорее, с "глубоким цветом". Такая обработка 10-битного сигнала позволяет воспроизводить на экране более плавные градации цветовых оттенков, и, поскольку задача состоит не в том, чтобы показать по телевизору всю цветовую палитру, а только в обработке 10-битного сигнала, увеличение глубины цветопередачи не представляет больших проблем.

Цветовой охват – одно из сертификационных требований Ultra HD Alliance – дисплей Ultra HD Premium должен обеспечивать более широкий цветовой охват по сравнению с типовыми стандартами для подсветки. Цветовой охват экрана телевизора должен перекрывать стандартное цветовое пространство sRGB / Rec. 709 (35% цветового охвата человеческого глаза), которое составляет около 80% от требуемого по условиям сертификации. В части цветового охвата дисплей должен соответствовать стандарту DCI-P3 (54% цветового охвата человеческого глаза), установленному для цифровых кинотеатров. Это расширенное цветовое пространство позволяет получить более широкий спектр цветов – на 25% больше, чем в sRGB (т.е. 125% sRGB). Фактически, данное значение ненамного превосходит цветовой охват Adobe RGB, составляющий примерно 117% sRGB. Кроме того, известно еще более широкое цветовое пространство (примерно 76% цветового охвата человеческого глаза), которое называется BT. 2020 и является еще более претенциозной целью производителей дисплеев в будущем. В настоящее время ни один из потребительских дисплеев не имеет цветового охвата, близкого хотя бы к 90% BT. 2020, однако многие форматы HDR-контента, в том числе и общедоступный HDR10, используют это цветовое пространство для заготовок на будущее, которое зависит от разработчиков дисплеев.

Варианты подключения – для телевизора требуется интерфейс HDMI 2.0. Данная программа сертификации изначально была разработана для рынка ТВ, но на рынке компьютерных мониторов общепринятым вариантом является также DisplayPort, используемый для поддержки более высокой (свыше 60 Гц) частоты обновления. Поэтому мы не удивимся, если в программу сертификации Ultra HD Premium будут внесены изменения, касающиеся мониторов и включающие DisplayPort в список поддерживаемых интерфейсов.

Дисплеи, соответствие которых указанным требованиям официально подтверждено, могут снабжаться логотипом "Ultra HD Premium", который был для этого специально разработан. Следует помнить, что некоторые дисплеи, не имеющие этого логотипа, тем не менее позиционируются как дисплеи с поддержкой HDR. Спецификации HDR являются только частью сертификационной программы, поэтому экран может поддерживать HDR, но при этом не соответствовать другим дополнительным требованиям стандарта Ultra HD Premium (например, в части цветового охвата). Если экран заявлен как поддерживающий HDR, но не имеет логотипа Ultra HD Premium, то неясно, каким образом в нем достигается высокий динамический диапазон и действительно ли он соответствует тому минимуму требований, которые Ultra HD Alliance установил собственно для HDR. В таких случаях вы можете получить некоторое представление о преимуществах HDR, но оно будет неполным. Если же дисплей прошел сертификацию и получил логотип Ultra HD Premium, то вы можете быть уверены в том, что смотрите "полновесный HDR" – по крайней мере в понимании этого термина разработчиками соответствующей спецификации из Ultra HD Alliance.

Мониторы с HDR – какие из них "правильные"?

На рынке ТВ более-менее определились с требованиями к поддержке HDR, и очень хорошо, что есть стандарт Ultra HD Premium для экранов телевизоров. Но какой компьютерный дисплей с HDR является "правильным"? Если вернуться немного назад, то можно заметить, что мы упомянули способ достижения высокого динамического диапазона (применяемый вариант локального затемнения) как важный аспект. Например, у вас может быть дисплей, соответствующий всем спецификациям стандарта Ultra HD Premium, но имеющий небольшое число зон затемнения в системе с краевой подсветкой. Формально все требования соблюдены, но фактические впечатления от HDR могут оказаться слабыми. С другой стороны, у вас может быть дисплей с очень хорошей реализацией технологии FALD, который тем не менее соответствует не всем спецификациям Ultra HD Premium – например, это дисплей сравнительного небольшого размера, который не обеспечивает полное разрешение Ultra HD. Технология FALD предполагает лучший контроль локального затемнения, в результате чего общее впечатление от HDR может намного превосходить то, которое обеспечивает первый дисплей, удовлетворяющий всем сертификационным требованиям, но имеющий более слабую систему подсветки с краевым локальным затемнением. Второй дисплей не может быть классифицирован как "правильный" HDR-дисплей, несмотря на то, что на практике он ведет себя лучше. Выбор и реализация в дисплее конкретной технологии локального затемнения имеет большое значение.

При выборе телевизора с HDR вам достаточно обратить внимание на систему подсветки и наличие логотипа Ultra HD Premium, не исключая возможных несоответствий указанных в документации характеристик стандарту.

Можно ли перенести всё это на рынок мониторов? Тут опять дело обстоит более сложно. Во-первых, мы не считаем, что разрешение Ultra HD 3840 x 2160 необходимо большинству мониторов. Для экрана телевизора большого формата оно гораздо более важно, но на компьютерном мониторе обычного размера 24-27" данный вид разрешения вам не нужен. Изображение и без него будет достаточно резким и четким, при этом экран сможет обрабатывать контент более высокого разрешения (например, в формате Blu-ray Ultra HD), снижая разрешение без заметных потерь качества изображения – конечно, если вы будете смотреть на экран с немного большего расстояния, обычного для просмотра мультимедийного контента. Уже одно это создает проблемы с сертификацией по стандарту Ultra HD Premium.

Еще один спорный вопрос – максимальная яркость. В стандарте Ultra HD Premium указано значение 1000 кд/м 2 . Это хорошо для телевизора, который вы смотрите с расстояния нескольких метров, но как быть с компьютерным монитором, расстояние до которого обычно составляет около полуметра? Яркость 1000 кд/м 2 необходима для обеспечения максимальной детализации в ярких сценах, но фактически на близком расстоянии дает большую нагрузку на глаза. Это является аргументом в пользу снижения значения максимальной яркости для компьютерных мониторов, и хотя некоторые детали в световых эффектах и сценах с очень большой яркостью могут потеряться (при этом детализация все равно будет намного лучше, чем в SDR), вы избежите проблем, связанных с дискомфортом от высокой яркости на близком расстоянии. Мы здесь не даем однозначных рекомендаций за или против, а просто обозначаем область возможных разногласий.

Также в настоящее время в спецификации Ultra HD Premium не рассматривается обычный для ПК интерфейс DisplayPort. При том, что экран обязательно должен иметь порт HDMI 2.0a+ , который удобен для подключения внешних устройств, вероятно, нужно будет внести в спецификацию и DisplayPort для подключения к ПК. Теоретически, у вас может быть монитор сугубо для ПК без каких-либо портов HDMI, но с DP 1.4 для обеспечения поддержки HDR, и на текущий момент он не будет соответствовать стандарту Ultra HD Premium, который в части совместимых с HDR подключений требует наличия HDMI.

Возможно, нужно несколько альтернативных программ сертификации HDR-мониторов, в которых принимались бы во внимание рассмотренные здесь вопросы и которые помогли бы избежать черно-белой классификации в духе: "он не поддерживает стандарт Ultra HD Premium, значит, это «неправильный» HDR-экран". Мы считаем подобную аргументацию не вполне корректной.

На наш взгляд, в настоящее время способность компьютерного монитора поддерживать HDR определяется следующими параметрами (в порядке убывания важности):

1) Технология локального затемнения – предпочтительной является технология FALD, и чем больше зон, тем лучше.

2) Контрастность – 20 000:1 и более, как и для ТВ.

3) Глубина цвета и цветовой охват – дополнительное цветовое пространство дает заметную разницу при восприятии изображения.

4) Максимальная яркость – полная яркость 1000 кд/м 2 не является необходимой и не обязательно будет идеальным вариантом. И все же требуется яркость выше обычных 300-350 кд/м 2 , чтобы по достоинству оценить преимущества HDR по сравнению с SDR-экранами. На текущий момент, с учетом возможностей производителей панелей, оптимальными для широкого применения представляются значения максимальной яркости в районе 550-600 кд/м 2 .

5) Варианты подключения – для поддержки HDR вам потребуется порт HDMI 2.0a+ или DisplayPort 1.4, и, на наш взгляд, следует также рассмотреть DP в плане сертификации дисплеев в будущем.

6) Разрешение – для сравнительно небольших компьютерных экранов разрешение Ultra HD не является необходимым.

HDR на рынке компьютерных мониторов

Мы уже упоминали в начале, что термин HDR применительно к компьютерным мониторам стал использоваться все чаще, в том числе в пресс-релизах о готовящихся к выпуску моделях. И по-прежнему производители мониторов представляют мешанину из спецификаций в стремлении позиционировать свой экран как "HDR" – новое модное слово на этом рынке.

Вот, например, модель LG 32UD99 (см. рисунок выше), о которой заявлено: разрешение Ultra HD, цветовой охват 95% DCI-P3 и поддержка формата HDR10. Однако ни в спецификации, ни в материалах для прессы ничего не говорится об используемом варианте локального затемнения, и мы предполагаем там краевую подсветку. Указанные значения яркости – средняя яркость 350 кд/м 2 и максимальная яркость 550 кд/м 2 – не соответствуют пороговому требованию стандарта Ultra HD Premium – или полному значению яркости формата HDR10 – 1000 кд/м 2 . Это странно, поскольку LG специально обозначила поддержку HDR10 как одну из фишек своего экрана. То есть в данном случае HDR предлагается не в полном объеме, и есть ряд вопросов в части того, как это будет выглядеть на практике. В спецификации монитора LG используется следующий специальный логотип: "HDR for PC".

Еще большая путаница вышла с термином HDR применительно к монитору Dell S2718D. В пресс-релизе Dell заявлено в качестве резюме: "монитор Dell с поддержкой HDR разработан в расчете на пользователей ПК в соответствии со спецификациями, отличными от существующих ТВ-стандартов для HDR. Для получения более подробной информации внимательно изучите спецификации". Тут, по крайней мере, не обещают пользователям "полную поддержку HDR". Данный экран предлагает разрешение только 2560 x 1440, яркость 400 кд/м 2 и цветовой охват всего лишь 99% sRGB / Rec. 709. Ничего не сказано о технологии локального затемнения, и можно только догадываться, что они там предлагают для обеспечения так называемой поддержки HDR. Ни одна из спецификаций и рядом не стояла с ТВ-стандартами, на которые производители мониторов могли хотя бы ориентироваться.

Далее идет модель BenQ SW320 (также см. рис. выше) – специализированный экран, разработанный для профессиональной обработки фотографий. Здесь спецификация в части декларируемой поддержки HDR и некоторых аспектов производительности, по крайней мере, выглядит ориентированной уже на требования ТВ-стандарта: разрешение Ultra HD, 10-битная глубина цветопередачи и цветовой охват 100% DCI-P3. Заявленная яркость, однако, составляет только 350 кд/м 2 , так что снова возникают вопросы об итоговом качестве поддержки HDR.

Таким образом, в настоящее время на рынке компьютерных мониторов существует множество моделей, заявленных как "дисплеи с HDR", и целый ряд спецификаций, не отвечающих какому-либо единому стандарту. Похожая ситуация была и на рынке ТВ, когда появились первые телевизоры с HDR, и это стало одной из причин, почему Ultra HD Alliance разработал свою систему стандартизации и сертификации. Рано или поздно нечто подобное должно было произойти и на рынке компьютерных мониторов – заимствование или дополнение к стандарту "Ultra HD Premium" или что-то другое. В частности, у двух ведущих фирм-производителей видеокарт, похоже, есть свои собственные идеи на предмет сертификации и стандартов для HDR в этом сегменте. А в конце прошлого года VESA представила систему сертификации "DisplayHDR". Обо всем этом далее пойдет речь. На данный момент мы посоветовали бы вам быть внимательными, когда вы слышите термин "HDR" применительно к компьютерным мониторам, так как под ним действительно могут подразумевать очень разные вещи. Мы постараемся освещать в наших новостях и обзорах характеристики конкретных моделей, которые будут заявлены как дисплеи с поддержкой HDR.

Подход NVIDIA и игровые HDR-дисплеи с технологией FALD

В январе 2017 г. компания NVIDIA анонсировала разработку нового поколения технологии G-sync. Технология G-sync обеспечивает поддержку переменной частоты обновления и тем самым помогает повысить игровую производительность совместимых с ней видеокарт и дисплеев, а также избежать таких проблем, как разрывы изображения и заминки в играх, где частота кадров по ходу игры может изменяться. Новое поколение G-sync направлено на обеспечение также и поддержки HDR и носит наименование "G-sync HDR". Данная технология была разработана NVIDIA в партнерстве с AU Optronics – одним из крупнейших производителей экранных панелей. В отличие от HDR-телевизоров, мониторы с технологией G-sync HDR, сочетающие преимущества G-sync с поддержкой HDR-контента, были разработаны «с нуля», что позволило им избежать большинства проблем, связанных с задержками входного сигнала, которые были характерны для ТВ-дисплеев. Кроме того, и возможно это даже более важно с точки зрения поддержки HDR, есть информация, что новые экраны с G-sync HDR будут включать в себя систему подсветки с технологией FALD, позволяющей получить максимальный эффект от локального затемнения и собственно от HDR. По крайней мере, об этом говорят.

Также видны признаки того, что наряду с поддержкой HDR NVIDIA проводит работу в направлении соответствия дисплеев остальным требованиям стандарта Ultra HD Premium. Дисплеи с G-sync HDR будут иметь цветовой охват, очень близкий к DCI-P3. Необходимая ширина цветового охвата (~125% sRGB) будет достигаться за счет применения недавно разработанной технологии Quantum Dot. Технология Quantum Dot Enhancement Film (QDEF) используется для получения на экране более глубоких и насыщенных цветов. Впервые примененная в телевизорах класса high-end, QDEF-пленка покрыта наноскопических размеров точками, которые излучают свет строго определенного цвета в зависимости от размера точки, воспроизводя таким образом яркие, насыщенные и сменяющие друг друга оттенки во всем цветовом диапазоне – от темно-зеленых и красных до ярко-синих. Это современный более экономичный способ получения расширенного по сравнению с sRGB цветового охвата, без необходимости использования полностью дискретной (и более дорогой) светодиодной подсветки типа RGB-LED. Такая подсветка, дающая широкий цветовой охват, встречается иногда только в профессиональных экранах, а технологию Quantum Dot вы увидите на многих экранах любого сегмента рынка. Дисплеи класса мэйнстрим, мультимедийные и игровые будут массово использовать технологию Quantum Dot, если таковым окажется выбор производителей. Зависит это также и от выбора экранной панели и типа подсветки. Технология Quantum Dot может применяться в экранах с обычной W-LED подсветкой для увеличения цветового охвата, а также в экранах с матричной подсветкой, например, в новых экранах с поддержкой G-sync HDR. Тем не менее, применение технологии Quantum Dot не обязательно означает возможность поддержки HDR. Вы можете найти множество дисплеев с Quantum Dot, которые не предлагают HDR и не имеют матричной подсветки. Эти дисплеи используют Quantum Dot просто для увеличения цветового охвата и обеспечения передачи более живых и насыщенных цветов, что обычно приветствуется в играх и мультимедиа. Для дисплеев с HDR технология Quantum Dot является методом увеличения цветового охвата в том числе и с целью соответствия стандарту Ultra HD Premium. В дисплеях с технологией NVIDIA поддержка HDR осуществляется с помощью системы матричной подсветки для создания локального затемнения, и при этом используется технология Quantum Dot для расширения цветового охвата.

В 2017 г. было заявлено несколько дисплеев с поддержкой технологии G-sync HDR, первым из которых стал Asus ROG Swift PG27UQ. Данная модель использует 384-зонную подсветку FALD и предлагает разрешение 3840 x 2160 Ultra HD, максимальную яркость 1000 кд/м 2 , цветовой охват 125% sRGB и другие впечатляющие характеристики, например, частоту обновления 144 Гц (впервые на экране с разрешением Ultra HD). Конкуренцию составляют модели от Acer – Predator X27, и от AOC – AGON AG273UG. Все это 27-дюймовые модели, и здесь интересно посмотреть на реализацию технологии FALD для оптимальной поддержки HDR. Выход этих дисплеев в 2017 г. задержался, и вряд ли они появятся в 1 квартале 2018 г.

Также были представлены два экрана большего размера: Acer Predator X35 и Asus ROG Swift PG35VQ – 35-дюймовые ультраширокоформатные модели с 512 зонами подсветки FALD. Эти дисплеи предлагают разрешение 3440 x 1440 (что формально не соответствует требованию к разрешению Ultra HD 3840 x 2160), но при этом заявлены максимальная яркость 1000 кд/м 2 и цветовой охват 90% DCI-P3.

Возможно, что линия дисплеев с технологией NVIDIA G-sync HDR будет развиваться в направлении соответствия уже существующему стандарту "Ultra HD Premium", но, зная NVIDIA, легко предположить, что они могут ввести и свой собственный, "лучший" стандарт для сертификации экранов с поддержкой G-sync HDR. В официальном документе NVIDIA говорится, что "дисплей с HDR требует продуманных технических решений, обеспечивающих сочетание высокой яркости, высокой контрастности, широкого цветового охвата и высокой частоты обновления". Первые три требования представляют собой неотъемлемую часть спецификаций стандарта Ultra HD Premium, а последнее – это уже дополнение от NVIDIA, рассчитанное, судя по всему, на использование G-sync и стимулирование дальнейшего развития дисплеев с высокой (более 60 Гц) частотой обновления. Например, вышеупомянутые 27-дюймовые модели имеют частоту обновления 144 Гц, а 35-дюймовые модели предлагают 200 Гц. Так что скорей всего вместо логотипа Ultra HD Premium соответствующие дисплеи будут носить логотип "NVIDIA G-sync HDR". Время покажет.

Отдельное замечание с точки зрения использования видеокарт: GPU от NVIDIA с архитектурами Maxwell и Pascal поддерживают формат HDR10 через интерфейсы DisplayPort и HDMI, причем NVIDIA непрерывно отслеживает и оценивает новые форматы и стандарты, как только они появляются.

Подход AMD и технология FreeSync 2

В прошлом году AMD анонсировала свою новейшую разработку в области технологии переменной частоты обновления FreeSync, успешно развивающейся с 2015 г. Новая версия технологии, которая называется FreeSync 2, также касается главным образом частоты обновления экрана, но уже с учетом поддержки высокого динамического диапазона (HDR). Она разработана не с целью замены FreeSync, а как всестороннее решение вопроса, что AMD и ее партнеры на рынке мониторов и компьютерных игр могут сделать для повышения качества игрового процесса в классе high end. FreeSync 2 в большей степени ориентирована на высокий ценовой сегмент игрового рынка, что объясняется стоимостью разработки этой технологии.

В центре разработки стоит поддержка HDR. Как неоднократно заявлял Брэндон Честер (Brandon Chester) на сайте Anandtech, дела с поддержкой дисплеями технологий нового поколения под управлением Windows обстоят в лучшем случае хаотично. Высокое разрешение HiDPI не работает как надо, и пока не принято никакого всестороннего и последовательного решения в сфере поддержки мониторов с HDR и/ или цветовым охватом больше sRGB. Последние обновления Windows 10 немного помогли, но они не решают всех проблем и очевидно не рассчитаны на геймеров, у которых более старые операционные системы. В Windows просто нет подходящих встроенных каналов поддержки HDR, поэтому использовать HDR-экран вместе с Windows затруднительно. Другая проблема – у мониторов с HDR могут быть дополнительные входные задержки, создаваемые их внутренними процессорами.

Во FreeSync 2 эти вопросы решаются путем изменения системы передачи данных дисплея целиком, что должно устранить проблемы с Windows и по возможности разгрузить монитор. Технология AMD FreeSync 2 по сути представляет собой оптимизацию системы передачи данных дисплея с целью облегчения поддержки HDR и широкого цветового охвата, а также для улучшения производительности экрана. Это также способствует уменьшению задержки, в том числе дополнительных входных задержек (input lag) при обработке HDR-сигнала. Про технические подробности и требования можно почитать на сайте Anandtech.

Поскольку все карты AMD с FreeSync 1 (в т.ч. с архитектурой GCN 1.1 и более новые) уже поддерживают и HDR, и переменную частоту обновления экрана, FreeSync 2 также будет работать на этих картах. Все GPU с поддержкой FreeSync 1 смогут поддерживать и FreeSync 2. Нужно будет только обновить драйверы.

В то время как мы предполагаем, что спецификации FreeSync 2 только подходят к стадии сертификации, уже появилось несколько мониторов с поддержкой FreeSync 2. Например, модель Samsung C32HG70 поддерживает AMD FreeSync и HDR. Данная модель использует краевую подсветку для создания локального затемнения и не соответствует спецификациям Ultra HD Premium – это говорит о том, что подход AMD к поддержке HDR, возможно, является более гибким.

Стандарты DisplayHDR

Как мы уже не раз говорили, HDR-стандарт Ultra HD Premium был разработан для ТВ-экранов. И вот, в конце 2017 г. VESA представила свою новую систему сертификации "DisplayHDR" – уже для компьютерных мониторов. Она была разработана при участии более чем 20 компаний, включая AMD, NVIDIA, Samsung, Asus, AU Optronics, LG.Display, Dell, HP и LG, и представляет собой "первый полностью открытый стандарт в отрасли компьютерных дисплеев, определяющий качество HDR-изображения и соответствующие требования к следующим характеристикам: яркость, цветовой охват, глубина цветопередачи и время отклика при увеличении яркости".

В первом релизе DisplayHDR версии 1.0 основное внимание они уделили LCD-дисплеям, оставив, судя по всему, вопросы HDR-сертификации OLED и других технологий на будущее. Для компьютерных LCD-дисплеев в системе сертификации DisplayHDR введено 3 уровня: нижний, средний и высокий. Классификация VESA выглядит следующим образом (цитируем):

Начальный уровень HDR	Значительный шаг вперед по сравнению с SDR: настоящее 8-битное качество изображения – на уровне топ-15% сегодняшних компьютерных дисплеев; технология общего затемнения – повышает динамическую контрастность; максимальная яркость 400 кд/м 2 – до полутора раз больше, чем у обычного SDR-экрана; минимальные требуемые значения контрастности и цветового охвата превосходят SDR.
Высокопроизводительные мониторы для компьютеров и ноутбуков для профессионалов и энтузиастов	Настоящий высококонтрастный HDR с заметными световыми эффектами: максимальная яркость 600 кд/м 2 – в два раза больше, чем у обычных дисплеев: требуемое значение мгновенной общей яркости обеспечивает реалистичные эффекты в играх и фильмах; контрастность в режиме реального времени с локальным затемнением – дает впечатляющие световые эффекты и глубокие темные тона; заметное невооруженным глазом увеличение цветового охвата по сравнению уже с DisplayHDR 400; 10-битная глубина цвета.
Компьютерные мониторы для профессионалов, энтузиастов и разработчиков контента	HDR экстра-класса с локальным затемнением, высокой контрастностью и продвинутыми зеркальными световыми эффектами: Максимальная яркость 1000 кд/м 2 – более чем в три раза превосходит яркость обычных дисплеев: требуемое значение мгновенной общей яркости обеспечивает сверхреалистичные эффекты в играх и фильмах; высокая производительность и беспрецедентная продолжительность работы при высокой яркости – идеальное сочетание для разработки контента; локальное затемнение дает двойное увеличение контрастности по сравнению с DisplayHDR 600; очень заметное увеличение цветового охвата по сравнению с DisplayHDR 400; 10-битная глубина цвета.

Характеристики, выбранные в качестве классификационных критериев, также приведены на сайте VESA в следующей таблице:

Характеристика	Расшифровка	Обычный дисплей (SDR)	DisplayHDR400	DisplayHDR600	DisplayHDR1000
	Яркость, кд/м 2 , не менее
Максимальная локальная яркость	Яркость небольшой области экрана (зеркальные световые эффекты в играх и фильмах)	250-300	400	600	1000
Максимальная мгновенная общая яркость	Яркость при воспроизведении кратковременных вспышек света во весь экран (взрывы и световые спецэффекты в играх и фильмах)	250-300	400	600	1000
Максимальная средняя общая яркость	Яркость при длительном воспроизведении статических сцен с большой яркостью (в т.ч. при создании контента, включая обработку фото)	250-300	320	350	600
	Уровень черного, кд/м 2 , не более
Угловой максимум	Показывает величину контрастности, которая может быть достигнута на LCD-экранах уровня 600 и 1000 (при использовании локального затемнения)	0,50-0,60	0,40	0,10	0,05
Туннельный максимум	Показывает, что в части контрастности LCD-панель удовлетворяет требованию 955:1 (при использовании общего или локального затемнения)	0,50-0,60	0,10	0,10	0,10
	Цветовой охват
Минимальный цветовой охват в формате CIE 1976 u, v	Цветовое пространство на базе BT.709/sRGB и DCI-P3 для гарантированного обеспечения лучшей цветопередачи. Ориентировано на актуальные стандарты для цифрового кино и веб-контента, в противоположность заданию процентов от NTSC	не более 95% sRGB	95% ITU-R BT.709		99% ITU-R BT.709 и 90% DCI-P3 65 (SMPTE RP 4 31-2)
	Глубина цветопередачи, бит на канал, не менее
Разрядность сигнала	В большинстве современных дисплеев используются 6-битные пиксель-драйверы и эмуляция 8-битного качества изображения с помощью алгоритмов дизеринга. Для уровня DisplayHDR 600 и 1000 требуется 10-битная глубина цвета – получаемая как минимум путем использования 8-битных драйверов и 2-битного дизеринга	8	10	10	10
Разрядность пикселя		6	8	8	8
	Время отклика, не более
Время отклика при увеличении яркости (от черного к белому)	Для LCD-панелей с локальным затемнением данный параметр показывает уровень синхронизации основного видеосигнала и сигнала, управляющего яркостью подсветки. Если задержка слишком велика, преимущества высокого динамического диапазона (HDR) заметно снижаются. Как правило, время отклика при увеличении яркости оказывается значительно меньше 8 кадров	N/A	8 кадров	8 кадров	8 кадров

Поскольку сама идея ввести некоторое единообразие на рынке компьютерных мониторов с HDR представляется нам весьма целесообразной, мы также выскажем свои соображения по этому поводу. Основное беспокойство вызывают очень низкие требования к HDR-дисплеям начального уровня, что может подтолкнуть ряд производителей к недобросовестному и вводящему в заблуждение маркетингу. Может быть, именно под их давлением VESA приняла настолько низкие требования, позволяющие им зацепиться за модную тему и продавать свои экраны, сертифицированные как "HDR"? Мы уже ждем появления на рынке множества экранов с сертификатом "DisplayHDR 400", который обещает покупателю поддержку HDR-контента и соответствующую производительность. Плохо информированный пользователь может принять это за чистую монету, тогда как на самом деле, насколько мы можем судить, уровень 400 данной классификации не предлагает ничего такого, что по техническим характеристикам и возможностям приближало бы экран к настоящему HDR. Мы не видим, по каким реальным параметрам эти экраны будут значительно превосходить большинство дисплеев, которые были доступны еще до появления HDR. Поясняем.

Если вы посмотрите на требования стандарта к уровню DisplayHDR 400, то увидите там 8-битное качество изображения, но IPS и VA панели с диагональю 27" и выше уже соответствуют этому требованию. Многие панели TN Film (в том же размерном ряду) также 8-битные. Для повышения контрастности в стандарте предусмотрена только поддержка технологии общего затемнения. Она работает только с яркостью всего экрана целиком в зависимости от содержания конкретной сцены, другими словами – это давно известная технология динамической контрастности (DCR). Да, на практике она несколько повышает динамическую контрастность, но DCR в значительной мере утратила популярность и уже давно. Многим людям она не нравится, а главное – такой экран не покажет реальных преимуществ HDR по сравнению с той картинкой, которую может обеспечить и система DCR-подсветки. Именно локальное затемнение с дискретным контролем подсветки в небольших зонах определяет способность экрана воспроизводить HDR-изображение, что и отличает его от обычных экранов. И, честно говоря, мы считаем, что экран без локального затемнения, осуществляемого тем или иным способом, не должен позиционироваться на рынке как HDR. Требование к максимальной яркости – всего 400 кд/м 2 – значение, которое достигнуто уже в ряде дисплеев, появившихся еще до HDR. Даже при том, что сегодня большинство дисплеев предлагают яркость 300-350 кд/м 2 , небольшая надбавка до 400 кд/м 2 не создает существенного отличия. Это нисколько ни приближает нас к максимальным значениям яркости в форматах HDR10 и Dolby Vision (и других). В таблице спецификаций указаны также требования к контрастности, которая для этих экранов должна составлять "как минимум 955:1"... и уже достигается в большинстве современных панелей. Хотя значение, указанное в таблице для "туннельной" характеристики, обещает нам контрастность как минимум 4000:1. И наконец, в части цветового охвата для уровня DisplayHDR 400 требуется только 95% цветового пространства ITU-R BT.709, т.е. по сути 95% sRGB, что сегодня тоже может обеспечить почти каждый дисплей.

Теперь вы можете понять, почему нас волнует стандарт начального уровня DisplayHDR 400 – результатом его принятия может стать массовое злоупотребление HDR-сертификацией дисплеев, которые очень мало отличаются (или совсем не отличаются) от обычных моделей. Стандарты DisplayHDR 600 и 1000, к счастью, более адекватны, и уже относятся к области того, что мы назвали бы хорошим или правильным HDR. Для уровня DisplayHDR 600 требуется максимальная яркость 600 кд/м 2 , которая является заметным шагом вперед по сравнению с обычными дисплеями и соответствует высокой яркости HDR-контента. Кроме того, уровень 600 предполагает поддержку 10-битного цветового сигнала (глубина цвета – 8-bit + FRC), контрастность 6000:1, и главное – обязательное применение локального затемнения. Требуемый цветовой охват также увеличен до 90% DCI-P3, что уже приближается к стандартам для ТВ. В эту среднюю категорию HDR-дисплеев хорошо вписываются такие модели, как Samsung C32HG70.

Топовый уровень DisplayHDR 1000 очень близок к ТВ-стандарту Ultra HD Premium. Здесь требуется максимальная яркость 1000 кд/м 2 , контрастность от 20 000:1, поддержка 10-битной глубины цвета (8-bit+FRC как минимум) и цветовой охват 90% DCI-P3. И снова – необходимость использования локального затемнения. Мы предполагаем, что в большинстве моделей с таким уровнем яркости нужно будет применять технологию FALD, хотя в данной программе сертификации она не указана в качестве специального требования. Еще один интересный момент: для уровней 600 и 1000 указано "время отклика при увеличении яркости" (от черного к белому). Эта характеристика не имеет отношения ко времени отклика пикселя в привычном смысле, а определяет, насколько быстро срабатывает подсветка при переходе от черного изображения к белому – т.е. сколько времени занимает переход от минимальной яркости темной HDR-сцены к максимальной яркости белого пятна, когда оно появляется. Малое время отклика подсветки гарантирует отсутствие раздражающих запаздываний при затемнении и осветлении изображения, а также размытых шлейфов за движущимися объектами. В стандарте VESA DisplayHDR время отклика определяется при переходе от порогового уровня яркости 10% к максимальной яркости. Для HDR-дисплеев 600 и 1000 VESA установила максимальное время отклика – 8 кадров, при этом они предполагают, что в большинстве случаев эта величина будет меньше. На экране с частотой кадров 60 Гц 8 кадров эквивалентны примерно 133,33 мс, что намного меньше, чем, например, аналогичное время отклика у монитора Dell UP2718Q (около 624 мс). Интересно посмотреть, много ли дисплеев на сегодняшний день удовлетворяют данному требованию. На частоте 100 Гц время отклика не должно превышать 80 мс, а на 144 Гц оно должно быть не более 55,56 мс.

Стандарт VESA не предъявляет специальных требований к разрешению и соотношению сторон HDR-экрана. Мы считаем это хорошей идеей, с учетом разнообразия разрешений, размеров и форматов компьютерных мониторов. Характеристики аудиосистемы также остались за кадром, поскольку они не имеют отношения к HDR. Кроме того, VESA стала первой организацией в области стандартизации и сертификации, которая разрабатывает открытую методику тестирования, которая позволит пользователям проверить HDR-экран без необходимости вкладывать средства в дорогостоящее лабораторное оборудование. Тест DisplayHDR будет доступен в 1 квартале 2018 г.

В наших следующих обзорах HDR-дисплеев мы будем рассматривать их характеристики с точки зрения разных стандартов, а также – по мере его появления – новое программное обеспечение для их тестирования.

Заключение

Подводя итоги, можно сказать, что технология HDR разрабатывается для получения более динамичной картинки и подкрепляется тем обстоятельством, что необходимое повышение контрастности должно осуществляться при наличии ограничений, обусловленных технологиями экранных панелей. Она предполагает значительное улучшение характеристик экрана и представляет прогрессивную тенденцию в области технологий дисплеев. Существует несколько способов осуществления поддержки HDR с помощью управления подсветкой, при этом некоторые из них являются более эффективными (наиболее предпочтителен метод матричной подсветки). На рынке ТВ технология HDR развивается уже в течение двух-трех лет, во многом благодаря появлению большого количества игр и фильмов в HDR-формате. Производители телевизоров, говоря о HDR, склонны объединять высокий динамический диапазон с другими характеристиками экранов, а именно с высоким разрешением (как правило, Ultra HD 3840 x 2160) и широким цветовым охватом (близким к DCI-P3). Вследствие возникшего на рынке ТВ злоупотребления термином HDR и появления множества разных спецификаций и стандартов для ТВ-экранов был учрежден альянс Ultra HD Alliance – с целью наведения порядка. Эта организация разработала программу сертификации "Ultra HD Premium", где были определены требования к экрану в части HDR, характеристик цветности, разрешения и др. Данные требования стали своего рода «золотым стандартом» для телевизоров с HDR.

На рынок компьютерных мониторов технология HDR пришла позже. С точки зрения просмотра контента использовать HDR c помощью ПК все еще довольно сложно, но подключение к монитору внешних устройств, таких как проигрыватели Blu-ray Ultra HD и современные игровые консоли, значительно облегчает ситуацию. С точки зрения параметров самого дисплея, в отличие от уже устоявшегося рынка ТВ, нет полной ясности в интерпретации термина HDR применительно к компьютерному монитору, и предлагаются совершенно различные спецификации. Одним словом, порядка пока нет. NVIDIA и AMD разрабатывают свои подходы к стандартизации в этой области, причем технология NVIDIA G-sync HDR, судя по спецификации, ориентируется на существующий ТВ-стандарт Ultra HD Premium. Хотя VESA представила свою систему сертификации по стандарту DisplayHDR, мы, скорей всего, еще какое-то время будем оставаться в ситуации, подобной той, которая недавно была на рынке ТВ, когда тоже предлагались разные спецификации и трактовки наряду с общим (не)пониманием термина HDR. Все это будет существовать параллельно стандарту DisplayHDR с его тремя категориями, который тут вряд ли сильно поможет. Будьте внимательны при выборе монитора – "HDR" не всегда означает одно и то же.