Динамический диапазон в фотографии описывает соотношение между максимальной и минимальной измеримой интенсивностью света (белым и чёрным, соответственно). В природе не существует абсолютно белого или чёрного - только различные степени интенсивности источника света и отражательной способности предмета. В силу этого концепция динамического диапазона усложняется и зависит от того, описываете ли вы записывающий прибор (такой как камера или сканер), воспроизводящий (такой как отпечаток или дисплей компьютера) или собственно предмет.

Как и при управлении цветом, каждое устройство в приведенной выше цепи передачи изображения имеет свой собственный динамический диапазон. В отпечатках и дисплеях ничто не может стать ярче, чем белизна бумаги или максимальная интенсивность пикселя, соответственно. По сути, ещё один прибор, который не был упомянут выше, это наши глаза, у которых тоже есть свой собственный динамический диапазон. Передача информации из изображения между устройствами таким образом может повлиять на его воспроизведение. Следовательно, концепция динамического диапазона полезна для относительного сравнения исходной сцены, вашей камеры и изображения на вашем экране или на отпечатке.

Влияние света: освещённость и отражение

Сцены с высокими вариациями яркостей отражённого света, например, содержащие чёрные объекты вдобавок к сильным отражениям, могут в действительности иметь более широкий динамический диапазон, чем сцены с большой вариативностью падающего света. В любом из этих случаев фотографии могут запросто превысить динамический диапазон вашей камеры, особенно если не следить за экспозицией.

Точное измерение интенсивности света, или освещённости, следовательно, является критическим для оценки динамического диапазона. Здесь мы используем термин «освещённость», чтобы определить исключительно падающий свет. Как освещённость, так и яркость обычно измеряются в канделах на квадратный метр (кд/м 2). Приблизительные значения для часто встречающихся источников освещения приведены ниже.

Здесь мы видим, что возможны большие вариации в падающем свете, поскольку вышеприведенная диаграмма отградуирована в степенях десяти. Если сцена неравномерно освещена как прямым, так и рассеянным солнечным светом, одно это может невероятно расширить динамический диапазон сцены (как видно из примера с закатом в каньоне с частично освещённой скалой).

Цифровые камеры

Несмотря на то, что физический смысл динамического диапазона в реальном мире - это всего лишь соотношение между наиболее и наименее освещёнными участками (контраст), его определение становится более сложным при описании измерительных приборов, таких как цифровые камеры и сканеры. Вспомним из статьи о сенсорах цифровых камер , что свет сохраняется каждым пикселем в своего рода термосе. Размер каждого такого термоса, в дополнение к тому как оценивается его содержимое, и определяет динамический диапазон цифровой камеры.

Фотопиксели удерживают фотоны, как термосы сохраняют воду. Следовательно, если термос переполняется, вода выливается наружу. Переполненный фотопиксель называют насыщенным, и он неспособен распознать дальнейшее поступление фотонов - тем самым определяя уровень белого камеры. Для идеальной камеры её контраст в таком случае определялся бы числом фотонов, которое может быть накоплено каждым из фотопикселей, поделенным на минимальную измеримую интенсивность света (один фотон). Если в пикселе может сохраниться 1000 фотонов, контрастность будет 1000:1. Поскольку ячейка большего размера может накопить больше фотонов, у цифровых зеркальных камер динамический диапазон обычно больше, чем у компактных камер (в силу большего размера пикселей).

Примечание: в некоторых цифровых камерах существует дополнительная настройка низкого ISO, которая снижает шум, но также и сужает динамический диапазон. Это происходит потому, что такая настройка в действительности переэкспонирует изображения на одну ступень и впоследствии обрезает яркости - увеличивая таким способом светосигнал. Примером могут служить многие камеры Canon, которые имеют возможность снимать в ISO 50 (ниже обычного ISO 100).

В действительности потребительские камеры не могут подсчитать фотоны. Динамический диапазон ограничен наиболее тёмным тоном, для которого более невозможно различить текстуру - его называют уровнем чёрного. Уровень чёрного ограничен тем, насколько точно можно измерить сигнал в каждом фотопикселе и, следовательно, ограничен снизу уровнем шума . В результате динамический диапазон как правило увеличивается при снижении числа ISO, а также у камер с меньшей погрешностью измерения .

Примечание: даже если бы фотопиксель мог подсчитать отдельные фотоны, подсчёт тем не менее был бы ограничен фотонным шумом. Фотонный шум создаётся статистическими колебаниями и представляет теоретический минимум шума. Итоговый шум является суммой фотонного шума и погрешности считывания.

В целом, динамический диапазон цифровой камеры таким образом может быть описан как соотношение между максимальной (при насыщении пикселя) и минимальной (на уровне погрешности считывания) измеримой интенсивностью света. Наиболее распространённой единицей измерения динамического диапазона цифровых камер является f-ступень, которая описывает разницу в освещённости в степенях числа 2. Контраст 1024:1 в таком случае может быть также описан как динамический диапазон из 10 f-ступеней (поскольку 2 10 = 1024).В зависимости от применения, каждая f-ступень может быть также описана как «зона» или «eV».

Сканеры

Сканеры оцениваются по тому же соотношению насыщенности и шума, как и динамический диапазон цифровых камер, за исключением того, что они описываются в терминах плотности (D). Это удобно, поскольку концептуально аналогично тому, как пигменты создают цвет на отпечатке, как показано ниже.

Общий динамический диапазон в терминах плотности таким образом выглядит как разница между максимальной (D max) и минимальной (D min) плотностями пигмента. В отличие от степеней 2 для f-ступеней, плотность измеряется в степенях 10 (так же, как и шкала Рихтера для землетрясений). Таким образом, плотность 3.0 представляет контраст 1000:1 (поскольку 10 3.0 = 1000).

Исходный динамический диапазон
Динамический диапазон сканера

Вместо указания диапазона плотности производители сканеров обычно указывают только значение D max , поскольку D max - D min обычно приблизительно равно D max . Это потому, что в отличие от цифровых камер, сканер контролирует свой источник света, гарантируя минимальную засветку.

Для высокой плотности пигмента к сканерам применимы те же ограничения по шуму, что и для цифровых камер (поскольку оба они используют массив фотопикселей для измерения). Таким образом, измеримая D max тоже определяется шумом, присутствующим в процессе считывания светосигнала.

Сравнение

Динамический диапазон варьируется настолько широко, что его часто измеряют логарифмической шкалой, аналогично тому как крайне различные интенсивности землетрясений измеряются одной шкалой Рихтера. Здесь приведен максимальный измеримый (или воспроизводимый) динамический диапазон для различных устройств в любых предпочитаемых единицах (f-ступени, плотность и соотношение контраста). Наведите курсор на каждый из вариантов, чтобы их сравнить.

Выберите тип диапазона:
Печать	Сканеры	Цифровые камеры	Мониторы

Обратите внимание на огромную разницу между воспроизводимым динамическим диапазоном печати и измеримым сканерами и цифровыми камерами. Сравнивая с реальным миром, это разница между примерно тремя f-ступенями в облачный день с практически ровным отражённым светом и 12 и более f-ступенями в солнечный день с высококонтрастным отражённым светом.

Использовать вышеуказанные цифры следует с осторожностью: в действительности динамический диапазон отпечатков и мониторов сильно зависит от условий освещения. Отпечатки при неверном освещении могут не показать свой полный динамический диапазон, тогда как мониторы требуют практически полной темноты, чтобы реализовать свой потенциал - особенно плазменные экраны. Наконец, все эти цифры являются всего лишь грубыми приближениями; реальные значения будут зависеть от наработки прибора или возраста отпечатка, поколения модели, ценового диапазона и т.д.

Учтите, что контрастность мониторов зачастую сильно завышена , поскольку для них не существует стандарта производителя. Контрастность свыше 500:1 зачастую является результатом очень тёмной чёрной точки, а не более яркой белой. В связи с этим нужно уделять внимание как контрастности, так и яркости. Высокая контрастность без сопутствующей высокой яркости может быть полностью сведена на нет даже рассеянным светом от свечи.

Человеческий глаз

Человеческий глаз может в действительности воспринимать более широкий динамический диапазон, чем это обычно возможно для камеры. Если учитывать ситуации, в которых наш зрачок расширяется и сужается, адаптируясь к изменению света , наши глаза способны видеть в диапазоне величиной почти 24 f-ступеней.

С другой стороны, для корректного сравнения с одним снимком (при постоянной диафрагме, выдержке и ISO) мы можем рассматривать только мгновенный динамический диапазон (при неизменной ширине зрачка). Для полной аналогии нужно смотреть в одну точку сцены, дать глазам адаптироваться и не смотреть при этом ни на что другое. В этом случае существует большая несогласованность, поскольку чувствительность и динамический диапазон наших глаз меняется в зависимости от яркости и контраста. Наиболее вероятным будет диапазон из 10-14 f-ступеней.

Проблема этих чисел в том, что наши глаза исключительно адаптивны. Для ситуаций исключительно неяркого звёздного света (когда наши глаза используют палочки для ночного видения) они достигают даже более широких мгновенных динамических диапазонов (см. «Цветовое восприятие человеческого глаза »).

Глубина цветности и измерение динамического диапазона

Даже если бы чья-то камера могла охватить большую часть динамического диапазона, точность, с которой измерения света преобразуются в цифры, может ограничить применимый динамический диапазон. Рабочая лошадка, которая занимается преобразованием непрерывных результатов измерений в дискретные числовые значения, называется аналогово-цифровым преобразователем (АЦП). Точность АЦП может быть описана в терминах разрядности, аналогично разрядности цифровых изображений , хотя следует помнить о том, что эти концепции неявляются взаимозаменяемыми. АЦП создаёт значения, которые хранятся в файле формата RAW .

Примечание: вышеприведенные значения отражают только точность АЦП и не должны
использоваться для интерпретации результатов для 8 и 16-битных файлов изображений.
Далее, для всех значений показан теоретический максимум, как если бы шум отсутствовал.
Наконец, эти цифры справедливы только для линейных АЦП, а разрядность
нелинейных АЦП необязательно коррелирует с динамическим диапазоном.

В качестве примера, 10 бит глубины цветности преобразуются в диапазон возможных яркостей 0-1023 (поскольку 2 10 = 1024 уровня). Предполагая, что каждое значение на выходе АЦП пропорционально актуальной яркости изображения (то есть, удвоение значения пикселя означает удвоение яркости), 10-битная разрядность может обеспечить контрастность не более 1024:1.

Большинство цифровых камер используют АЦП с разрядностью от 10 до 14 бит, так что их теоретически достижимый максимальный динамический диапазон составляет 10-14 ступеней. Однако такая высокая разрядность всего лишь помогает минимизировать постеризацию изображения , поскольку общий динамический диапазон обычно ограничен уровнем шума. Подобно тому, как большая разрядность изображения необязательно подразумевает большую глубину его цветности , наличие в цифровой камере высокоточного АЦП необязательно означает, что она в состоянии записать широкий динамический диапазон. На практике динамический диапазон цифровой камеры даже не приближается к теоретическому максимуму АЦП ; в основном 5-9 ступеней - это всё, чего можно ожидать от камеры.

Влияние типа изображения и кривая цветности

Могут ли файлы цифровых изображений в действительности записать полный динамический диапазон высококлассных приборов? В интернете наблюдается большое непонимание взаимосвязи разрядности изображения с записываемым динамическим диапазоном.

Для начала следует разобраться, говорим мы о записываемом или отображаемом динамическом диапазоне. Даже обыкновенный 8-битный файл формата JPEG может предположительно записать бесконечный динамический диапазон - предполагая, что во время преобразования из формата RAW была применена кривая цветности (см. статью о применении кривых и динамическом диапазоне), и АЦП имеет требуемую разрядность. Проблема кроется в использовании динамического диапазона; если слишком малое число бит распространить на слишком большой диапазон цвета, это может привести к постеризации изображения .

С другой стороны, отображаемый динамический диапазон зависит от коррекции гаммы или кривой цветности, подразумеваемой файлом изображения или используемой видеокартой и монитором. Используя гамму 2.2 (стандарт для персональных компьютеров), было бы теоретически возможно передать динамический диапазон из практически 18 f-ступеней (об этом расскажет глава о коррекции гаммы, когда будет написана). И даже в этом случае он мог бы пострадать от сильной постеризации. Единственным на сегодня стандартным решением для получения практически бесконечного динамического диапазона (без видимой постеризации) является использование файлов расширенного динамического диапазона (HDR) в Photoshop (или другой программе, например, с поддержкой формата OpenEXR).

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

Функция DWDR представляет собой функцию расширенного динамического диапазон а. Она применяется в современных камерах видеонаблюдения для улучшения качества изображения. Это относится как к черно-белому, так и к цветному видео. Применяя эту опцию, владелец системы сможет увидеть те детали, которые иначе бы остались «за кадром». Например - даже при недостаточном освещении он сможет рассмотреть и часть объекта, находящуюся на свету, и то, что расположено в тени.

Обычно камеры «обрезают» лишнее, и темные участки смотрятся абсолютно черными, и увидеть что-либо можно лишь там, куда падает больше всего света. Применение других функций для улучшения качества изображения не позволяет сделать его более контрастным, передав все оттенки цветов (а не просто черный, белый и серый).

Например:

Увеличив время диспозиции, удастся лучше рассмотреть каждый фрагмент, но такой вариант неприемлем, если требуется вести съемку движущихся предметов;

Обработка картинки с целью усиления затемненных зон сделает их более яркими, но одновременно засветит те области, которые и так были хорошо заметны.

При описании технология DWDR способность камер к работе с изображением измеряется в децибелах. Оптимальный вариант - когда можно с одинаковой четкостью рассмотреть и то, что происходит на освещенной стороне (улицы), и на противоположной, находящейся в тени. Поэтому для уличных камер слежения этот параметр даже более важен, чем четкость.

Показатель в 2-3 и более мегапикселей вовсе не говорит о хорошей светочувствительности или высокой контрастности картинки. Подобная камера может выиграть только при хорошем освещении, но ночью или в тени покажет себя не лучшим образом.

Виды WDR

Что это - DWDR мы ответили. Но необходимо описать отличия двух распространенных способов, с помощью которых реализована эта функция:

WDR или RealWDR - технология, основанная на аппаратных методах;

DWDR или DigitalWDR - технология, основанная на программных методах.

Камеры с WDR используют двукратное (иногда четырехкратное) сканирование объекта. То есть, сначала делается снимок с обычной экспозицией, позволяющей увидеть детали на освещенной стороне. Затем производится съемка с увеличенной экспозицией - освещенная область засвечивается, а теневая становится более светлой. На третьем этапе оба кадра накладываются друг на друга, формируя уже ту картинку, которую увидит оператор.

Если в камере используется DWDR (обычно это IP-системы), все действия происходят исключительно за счет программ обработки изображения. Они сами определяют, какие зоны нужно сделать более яркими, контрастными, и не трогают те, которые и так хорошо просматриваются. Такой подход дает большую отдачу, но и требует дополнительной мощности от системы.

Зависимость от разрешения

Что значит DWDR для системы наблюдения на объекте? В первую очередь это возможность вести наблюдение при любых (в разумных пределах) условиях освещенности. Поэтому, приобретая камеру, необходимо смотреть не только на ее разрешение и угол обзора, но и на другие параметры.

В последние годы стоимость аппаратуры с указанной функцией падает в цене, однако все еще ощущается разница между ней и «простыми» видеокамерами. Если вы приобретаете оборудование из нижнего или среднего ценового сегмента, скорее всего, придется пожертвовать либо разрешение, либо дополнительными опциями.

Далеко не всегда нужна картинка в несколько мегапикселей, но и не везде требуется DWDR. Можно посоветовать, лишь отталкиваться от конкретных задач для конкретного объекта и выбирать оборудование уже на основании этого.

Этой статьёй мы начинаем серию публикаций о весьма интересном направлении в фотографии: High Dynamic Range (HDR) — фотографии с высоким динамическим диапазоном. Начнём, конечно же, с азов: разберёмся с тем, что такое HDR-изображения и как правильно их снимать, учитывая ограниченные возможности наших камер, мониторов, принтеров и т.д.

Давайте начнем с основного определения Динамического диапазона.

Динамический диапазон определяется отношением темных и ярких элементов, которые важны для восприятия вашей фотографии (измеряется уровнем яркости).

Это не абсолютный диапазон, так как он, во многом, зависит от ваших личных предпочтений и того, какого результата вы хотите добиться.

Например, есть множество замечательных фотографий с очень насыщенными тенями, без каких-либо деталей в них; в этом случае можно говорить о том, что на такой фотографии представлена только нижняя часть динамического диапазона сцены.

• ДД снимаемой сцены
• ДД фотокамеры
• ДД устройства вывода изображения (монитор, принтер и т.д.)
• ДД человеческого зрения

Во время фотосъёмки ДД трансформируется дважды:

• ДД снимаемой сцены > ДД устройства захвата изображения (здесь мы подразумеваем под ним фотокамеру)
• ДД устройства захвата изображения > ДД устройства вывода изображения (монитор, фотоотпечаток и т.д.)

Следует помнить, что любая деталь, которая будет потеряна на этапе захвата изображения – никогда не сможет быть восстановлена в последующем (это мы рассмотрим подробнее чуть позже). Но, в конце концов, важно лишь то, чтобы полученное изображение, отображаемое монитором, или распечатанное на бумаге радовало ваш взгляд.

Типы динамического диапазона

Динамический диапазон снимаемой сцены

Какие из самых ярких и самых темных деталей сцены вы хотели бы запечатлеть? Ответ на этот вопрос полностью зависит только от вашего творческого решения. Вероятно, лучший способ усвоить это – рассмотреть несколько кадров, в качестве образца.

Например, на фотографии выше, нам хотелось запечатлеть детали как внутри помещения, так и за его пределами.

На этой фотографии, мы также хотим показать детали и в светлых и в тёмных областях. Однако, в этом случае детали в светлых областях нам более важны, чем детали в тенях. Дело в том, что области светов, как правило, хуже всего смотрятся при фотопечати (зачастую, они могут выглядеть как простая белая бумага, на которой и распечатан снимок).

В подобных сценах динамический диапазон (контрастность) может достигать значения 1:30 000 и более – особенно, если вы снимаете в тёмной комнате с окнами, через которые проникает яркий свет.

В конечном счете, HDR-фотография в подобных условиях – оптимальный вариант для получения снимка, радующего ваш взор.

Динамический диапазон фотокамеры

Если бы наши камеры были способны запечатлеть высокий динамический диапазон сцены за 1 снимок, мы бы не нуждались в методах, описанных в этой и последующих статьях, посвященных HDR. К сожалению, суровая действительность такова, что динамический диапазон фотокамер значительно ниже, чем во многих сценах, для съёмки которых они используются.

Как определяется динамический диапазон фотокамеры?

ДД камеры измеряется от самых ярких деталей кадра до деталей теней, превышающих уровень шума.

Ключевым моментом в определении динамического диапазона камеры является то, что мы измеряем его от видимых деталей области светов (необязательно и не всегда чисто белых), до деталей теней, чётко различимых и не теряющихся среди большого количества шума.

• Стандартная современная цифровая зеркальная камера может охватить диапазон в 7-10 стопов (в диапазоне от 1:128 до 1:1000). Но не стоит быть чересчур оптимистичным и доверять только цифрам. Некоторые фотографии, несмотря на присутствие внушительного количества шумов на них, в большом формате смотрятся великолепно, другие же – теряют свою привлекательность. Всё зависит от вашего восприятия. Ну и, конечно, размер печати или отображения вашего фото также имеет значение
• Диапозитивная фотоплёнка способна охватить диапазон в 6-7 стопов
• Динамический диапазон негативной плёнки составляет около 10-12 стопов
• Функция восстановления светов в некоторых RAW-конвертерах может помочь получить дополнительно до +1 стопа.

За последнее время технологии, применяемые в зеркалках шагнули далеко вперёд, но ожидать чудес, всё же, не следует. На рынке можно отыскать не так много камер, способных захватить широкий (по сравнению с другими камерами) динамический диапазон. Ярким примером может служить Fuji FinePixS5 (в настоящее время не выпускается), матрица которой имела двухслойные фотоэлементы, что позволило увеличить ДД, доступный S5 на 2 стопа.

Динамический диапазон устройства вывода изображения

Из всех этапов цифровой фотографии, вывод изображения, как правило, демонстрирует самый низкий динамический диапазон.

• Статический динамический диапазон современных мониторов варьируется в пределах от 1:300 до 1:1000
• Динамический диапазон HDR-мониторов может доходить до 1:30000 (просмотр изображения на таком мониторе может вызвать ощутимый дискомфорт для глаз)
• Динамический диапазон фотопечати большинства глянцевых журналов составляет около 1:200
• Динамический диапазон фотоотпечатка на качественной матовой бумаге не превышает 1:100

У вас вполне резонно может возникнуть вопрос: зачем при съёмке стараться захватить большой динамический диапазон, если ДД устройств вывода изображения настолько ограничен? Ответ заключается в компрессии динамического диапазона (как вы узнаете далее, тональное отображение также связана с этим).

Важные аспекты человеческого зрения

Поскольку свои работы вы демонстрируете другим людям, вам будет небесполезным усвоить некоторые основные аспекты восприятия окружающего мира человеческим глазом.

Человеческое зрение работает не так, как наши фотокамеры. Все мы знаем, что наши глаза адаптируются к освещению: в темноте зрачки расширяются, а при ярком свете – сужаются. Обычно, этот процесс занимает достаточно продолжительное время (он вовсе не моментальный). Благодаря этому, без специальной подготовки, наши глаза могут охватить динамический диапазон в 10 стопов, а в целом нам доступен диапазон около 24 стопов.

Контраст

Все детали, доступные нашему зрению, базируются не на абсолютной насыщенности тона, а на основе контрастов контуров изображения. Человеческие глаза очень чувствительны даже к самым незначительным изменениям контрастности. Вот почему концепция контрастности столь важна.

Общий контраст

Общий контраст определяется перепадом яркости между самыми темными и самыми светлыми элементами изображения в целом. Такие инструменты, как Кривые (Curves) и Уровни (Levels) изменяют только общий контраст, поскольку все пиксели с одним уровнем яркости они обрабатывают одинаково.

В общем контрасте выделяют три основных области:

• Средние тона
• Света

Совокупность контрастов этих трёх областей определяет общий контраст. Это означает, что если вы увеличите контрастность средних тонов (что бывает очень часто), вы потеряете общий контраст в области светов/теней при любом способе вывода изображения, зависящего от общего контраста (например, при печати на глянцевой бумаге).

Средние тона, как правило, отображают основной предмет съёмки. Если уменьшить контрастность области средних тонов, то ваше изображение будет блеклым. И, наоборот, при увеличении контрастности средних тонов, тени и света станут менее контрастными. Как вы увидите чуть ниже, изменение локального контраста может улучшить общее отображение вашей фотографии.

Локальный Контраст

Следующий пример поможет понять концепцию локального контраста.

Круги, расположенные друг напротив друга, в каждой из строк имеют абсолютно идентичные уровни яркости. Но правый верхний круг выглядит намного ярче, чем тот, что слева. Почему? Наши глаза видят разницу между ним и окружающим его фоном. Правый выглядит ярче на тёмно-сером фоне, по сравнению с таким же кругом, размещённом на более светлом фоне. Для двух кругов же, расположенных ниже, верно обратное.

Для наших глаз абсолютная яркость представляет меньший интерес, чем её отношение к яркости близлежащих объектов.

Такие инструменты, как Заполняющий свет (FillLight) и Резкость (Sharpening) в Lightroom, и Тени/Света (Shadows/Highlights) в Photoshop действуют локально и не охватывают сразу все пиксели одинакового уровня яркости.

Dodge (Затемнить) и Burn (Осветлить) – классические инструменты для изменения локального контраста изображения. Dodge&Burn – это по-прежнему один из оптимальных методов улучшения изображения, потому, что наши собственные глаза, естественно, неплохо могут судить о том, как та или иная фотография будет выглядеть в глазах стороннего зрителя.

HDR: управление динамическим диапазоном

Еще раз вернёмся к вопросу: для чего же тратить усилия и снимать сцены с динамическим диапазоном шире, чем ДД вашей камеры или принтера? Ответ заключается в том, что мы можем сделать кадр с высоким динамическим диапазоном и позже вывести его изображение через устройство с меньшим ДД. В чём суть? А суть в том, что в ходе этого процесса вы не потеряете никакой информации о деталях изображения.

Конечно, проблему съёмки сцен с высоким динамическим диапазоном можно решить и другими путями:

• Например, некоторые фотографы просто ждать пасмурную погоду, и не фотография вовсе, когда ДД сцены слишком высок
• Использовать заполняющую вспышку (при пейзажной фотосъёмке этот способ неприменим)

Но во время длительного (или не очень) путешествия вы должны иметь максимум возможностей для фотосъёмки, так что нам с вами следует найти более эффективные решения.

К тому же окружающее освещение может зависеть не только от погоды. Для лучшего понимания этого, давайте вновь рассмотрим несколько примеров.

Фото выше весьма тёмное, но, несмотря на это, на нём запечатлён невероятно широкий динамический диапазон света (было снято 5 кадров с шагом в 2 стопа).

На этой фотографии свет, падающий из окон справа был весьма ярким, по сравнению с тёмным помещением (в нём не было источников искусственного освещения).

Так что ваша первая задача – запечатлеть на камеру полный динамический диапазон сцены, исключив потерю каких-либо данных.

Отображение динамического диапазона. Сцена с низким ДД

Давайте, по традиции, сначала посмотрим на схему фотосъёмки сцены с низким ДД:

В рассматриваемом случае при помощи камеры мы можем охватить динамический диапазон сцены за 1 кадр. Незначительные потери деталей в области теней, как правило, не являются существенной проблемой.

Процесс отображение на этапе: фотокамера – устройство вывода, в основном, осуществляется с помощью тональных кривых (обычно, сжимающих света и тени). Вот основные инструменты, которые для этого используются:

• При конвертации RAW: отображение линейной тональности камеры через тональные кривые
• Инструменты Photoshop: Curvesи Levels
• Инструменты Dodge и Burn в Lightroom и Photoshop

Примечание: во времена плёночной фотографии. Негативы увеличивали и печатали на бумаге различных классов (или на универсальной). Различие классов фотобумаги заключалось в контрасте, который они могли воспроизвести. Это классический метод тонального отображения. Тональное отображение – может звучать, как что-то новое, но это далеко не так. Ведь только на заре фотографии схема отображения снимка выглядела: сцена – устройство вывода изображения. С тех пор последовательность остаётся неизменной:

Сцена > Захват изображения > Вывод изображения

Отображение динамического диапазона. Сцена с более высоким ДД

Теперь давайте рассмотрим ситуацию, когда мы снимаем сцену с более высоким динамическим диапазоном:

Вот пример того, что вы можете получить в результате:

Как мы видим, камера может захватить только часть динамического диапазона сцены. Ранее мы уже отмечали, что потеря деталей в области светов – редко допустима. Это означает, что нам необходимо изменить экспозицию для того, чтобы защитить область светов от потери деталей (конечно, необращая внимание на зеркальные блики, например, отражений). В результате мы получим следующее:

Теперь мы получили существенную потерю деталей в области теней. Возможно, в некоторых случаях это может выглядеть достаточно эстетично, но только не тогда, когда вы хотите отобразить на фото и более тёмные детали.

Ниже приведен пример того, как может выглядеть фотография, при уменьшении экспозиции для сохранения деталей в области светов:

Захват высокого динамического диапазона при помощи брекетинга экспозиции.

Так как же вы можете захватить весь динамический диапазон при помощи камеры? В этом случае решением будет Брекетинг экспозиции: съёмка нескольких кадров с последовательным изменением уровнем экспозиции (EV) так, чтобы эти экспозиции частично перекрывали друг друга:

В процессе создания HDR-фотографии вы захватываете несколько различных, но взаимосвязанных экспозиций, охватывающих весь динамический диапазон сцены. В целом экспозиции отличаются на 1-2 стопа (EV). Это означает, что необходимое число экспозиций определяется следующим образом:

• ДД сцены, который мы хотим захватить
• ДД, доступный для захвата камерой за 1 кадр

Каждая последующая экспозиция может увеличиваться на 1-2 стопа (в зависимости от брекетинга, выбранного вами).

Теперь давайте выясним, что вы можете сделать с полученными снимками с разной экспозицией. На самом деле, вариантов немало:

• Объединить их в HDR-изображение вручную (Photoshop)
• Объединить их в HDR-изображение автоматически при помощи Automatic Exposure Blending (Fusion)
• Создать HDR-изображение в специализированном программном обеспечении для обработки HDR

Ручное объединение

Ручное объединение снимков с различной экспозицией (используя, по сути, технику фотомонтажа) почти столь же старо, как искусство фотографии. Несмотря на то, что в настоящее время Photoshop и делает этот процесс более лёгким, но он всё еще может быть достаточно утомительным. Имея альтернативные варианты, вы, вряд ли, прибегнете к объединению снимков вручную.

Автоматическое смешивание экспозиций (также называемое Fusion)

В этом случае за вас всё сделает программное обеспечение (например, при использовании Fusion в Photomatix). Программа выполняет процесс объединения кадров с различной экспозицией и генерирует конечный файл изображения.

Применение Fusion обычно дает очень хорошие изображения, которые выглядят более «естественными»:

Создание HDR-изображений

Любой процесс создания HDR включает два этапа:

• Создания HDR изображения
• Тональная конвертация HDR-изображения в стандартное 16-битное изображение

При создании HDR-изображений вы, на самом деле, преследуете ту же цель, но идёте иным путём: вы не получаете конечное изображение сразу же, а снимаете несколько кадров с различной экспозицией, а затем объединяете их в HDR-изображение.

Новшество в фотографии (которая уже не может обходиться без компьютера): 32-битные HDR-изображения с плавающей точкой, позволяющие хранить практически бесконечный динамический диапазон тональных значений.

В ходе процесса создания HDR-изображения, программа сканирует все тональные диапазоны, полученные в результате брекетинга, и генерирует новое цифровое изображение, включающее совокупный тональный диапазон всех экспозиций.

Примечание: когда появляется что-то новое, всегда найдутся люди, утверждающие, что это уже не ново, и они делали это еще до своего рождения. Но расставим все точки над i: способ создания HDR-изображения, описанный здесь, достаточно новый, поскольку для его использования необходим компьютер. И с каждым годом результаты, получаемые при помощи этого способа, становятся всё лучше и лучше.

Итак, ещё раз вернёмся к вопросу: зачем создавать изображения с высоким динамическим диапазоном, если динамический диапазон устройств вывода настолько ограничен?

Ответ заключается в тональном отображении – процессе конвертации тональных значений широкого динамического диапазона в более узкий динамический диапазон устройств вывода изображений.

Именно поэтому тональное отображение для фотографов является самым важным и непростым этапом создания HDR-изображения. Ведь вариантов тонального отображения одно и того же HDR-изображения может быть множество.

Говоря о HDR-изображениях, нельзя не упомянуть о том, что они могут быть сохранены в различных форматах:

• EXR (расширение файла: .exr, широкая цветовая гамма и точная цветопередача, ДД около 30 стопов)
• Radiance (расширение файла: .hdr, менее широкая цветовая гамма, огромный ДД)
• BEF(собственный Формат UnifiedColour, направленный на получение более высокого качества)
• 32-битный TIFF (очень большие файлы из-за низкой степенью сжатия, в силу этого редко применяется на практике)

Для создания HDR-изображений вам потребуется программное обеспечение, поддерживающее создание и обработку HDR. К таким программам можно отнести:

• Photoshop CS5 и старше
• HDRsoft в Photomatix
• Unified Color’s HDR Expose или Express
• Nik Software HDR Efex Pro 1.0 и старше

К сожалению, все перечисленные программы генерируют различные HDR-изображения, которые могут отличаться (подробнее об этих аспектах мы поговорим позже):

• Цветом (оттенком и насыщенностью)
• Тональностью
• Сглаживанием
• Обработкой шумов
• Обработкой хроматических аберраций
• Уровнем подавления ореолов

Основы Тонального отображения

Как и в случае со сценой с низким динамическим диапазоном, при отображении сцены с высоким ДД мы должны сжать ДД сцены до выходного ДД:

В чём же отличие рассмотренного примера с примером сцены с низким динамическим диапазоном? Как видите, в этот раз, тональная компрессия более высока, так что классический способ с тональными кривыми уже не работает. Как обычно, прибегнем к самому доступному способу показать основные принципы тонального отображения – рассмотрим пример:

Чтобы продемонстрировать принципы тонального отображения, воспользуемся инструментом HDR Expose программы Unified Color, поскольку он позволяет выполнять с изображением различные операции по модульному принципу.

Ниже вы можете увидеть пример генерации HDR-изображения без внесения каких-либо изменений:

Как видите, тени вышли достаточно тёмными, а области светов – пересвечены. Давайте взглянем, что нам покажет гистограмма HDR Expose:

С тенями, как видим, всё не так плохо, а вот света обрезаются, примерно, на 2 стопа.

Для начала, посмотрим, как экспокоррекция на 2 стопа может улучшить изображение:

Как видите, область светов стала выглядеть гораздо лучше, но в целом изображение выглядит слишком тёмным.

То, что нам нужно в этой ситуации – это объединить компенсацию экспозиции и снижение общего контраста.

Теперь общий контраст в порядке. Детали в области светов и теней не теряются. Но, к сожалению, изображение выглядит довольно плоским.

Во времена до эпохи HDR, эта проблема могла быть решена при помощи использования S-образной кривой в инструменте Кривые (Curves):

Однако, создание хорошей S-кривой займёт некоторое время, а в случае ошибки, легко, может привести к потерям в области светов и теней.

Поэтому инструменты тонального отображения предусматривают другой путь: улучшение локального контраста.

В полученном варианте детали в светах сохранены, тени не обрезаны, а плоскостность изображения исчезла. Но и это ещё не окончательный вариант.

Для придания фотографии завершённого вида оптимизируем изображение в Photoshop CS5:

• Настроем насыщенность
• Оптимизируем контраст с помощью DOPContrastPlus V2
• Увеличим резкость с помощью DOPOptimalSharp

Основное различие между всеми инструментами для работы с HDR заключаются в алгоритмах, используемых ими для понижения контраста (например, алгоритмы определения того, где заканчиваются общие настройки и начинаются локальные).

Не существует правильных или неправильных алгоритмов: всё зависит от ваших собственных предпочтений и вашего стиля фотографии.

Все основные инструменты для работы с HDR, предлагаемые рынком, также позволяют контролировать и другие параметры: детализация, насыщенность, баланс белого, удаление шума, тени/света, кривые (большинство из этих аспектов мы подробно рассмотрим позже).

Динамический диапазон и HDR. Резюме.

Способ расширения динамического диапазона, который способна захватить камера, весьма стар, поскольку ограниченность возможностей камер известна очень давно.

Ручное или автоматическое наложение изображений предлагает очень мощные способы конвертации широкого динамического диапазона сцены до динамического диапазона, доступного вашему устройству вывода изображения (монитору, принтеру и т.д.).

Создание бесшовных объединённых изображений вручную может быть очень сложным и трудоемким: бесспорно, метод Dodge & Burn– незаменим для создания качественного отпечатка изображения, но он требует длительной практики и усердия.

Автоматическая генерация HDR-изображений является новым способом преодолеть старую проблему. Но при этом алгоритмы тонального отображения сталкиваются с проблемой сжатия высокого динамического диапазона до динамического диапазона изображения, которое мы можем просмотреть на мониторе или в распечатанном виде.

Различные методы тонального отображения могут дать совершенно различные результаты, и выбор метода, дающего желаемый результат, зависит только от фотографа, то есть от вас.

Больше полезной информации и новостей в нашем Telegram-канале «Уроки и секреты фотографии» . Подписывайся! #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.

Документы