Alto rango dinámico

El alto rango dinámico ( HDR ), también conocido como rango dinámico amplio , rango dinámico extendido o rango dinámico expandido , es una señal con un rango dinámico más alto de lo habitual.

El término se utiliza a menudo para hablar de los rangos dinámicos de imágenes , vídeos , audio o radio . También puede aplicarse a los medios de grabación, procesamiento y reproducción de dichas señales, incluidas las señales analógicas y digitalizadas . ^[1]

En este contexto, el término alto rango dinámico significa que hay una gran cantidad de variación en los niveles de luz dentro de una escena o una imagen. El rango dinámico se refiere al rango de luminosidad entre el área más brillante y el área más oscura de esa escena o imagen.

La tecnología de imágenes de alto rango dinámico (HDRI, por sus siglas en inglés) se refiere al conjunto de tecnologías y técnicas de imágenes que permiten aumentar el rango dinámico de imágenes o vídeos. Abarca la adquisición, creación, almacenamiento, distribución y visualización de imágenes y vídeos.^[2]

Las películas modernas se han filmado a menudo con cámaras que cuentan con un rango dinámico más alto, y las películas antiguas se pueden convertir incluso si se necesita intervención manual para algunos fotogramas (como cuando las películas en blanco y negro se convierten a color). ^{[ cita requerida ]} Además, los efectos especiales, especialmente aquellos que mezclan metraje real y sintético, requieren tanto la grabación como la renderización HDR . ^{[ cita requerida ]} El video HDR también es necesario en aplicaciones que exigen alta precisión para capturar aspectos temporales de los cambios en la escena. Esto es importante en el monitoreo de algunos procesos industriales como la soldadura, en los sistemas predictivos de asistencia al conductor en la industria automotriz, en los sistemas de video de vigilancia y otras aplicaciones.

En fotografía y videografía , una técnica, comúnmente llamada alto rango dinámico ( HDR ), permite capturar el rango dinámico de fotos y videos más allá de la capacidad nativa de la cámara. Consiste en capturar múltiples fotogramas de la misma escena pero con diferentes exposiciones y luego combinarlos en uno, lo que da como resultado una imagen con un rango dinámico superior al de los fotogramas capturados individualmente. ^{[3] [4]}

Algunos de los sensores de los teléfonos y cámaras modernos pueden incluso combinar las dos imágenes en el chip. Esto también permite que el usuario disponga directamente de un rango dinámico más amplio para visualizarlo o procesarlo sin compresión de píxeles.

Algunas cámaras diseñadas para su uso en aplicaciones de seguridad pueden capturar videos HDR al proporcionar automáticamente dos o más imágenes para cada cuadro, con una exposición variable. Por ejemplo, un sensor para videos de 30 fps emitirá 60 fps con los cuadros impares en un tiempo de exposición corto y los cuadros pares en un tiempo de exposición más largo. ^{[ cita requerida ]}

Los sensores de imagen CMOS modernos a menudo pueden capturar imágenes de alto rango dinámico a partir de una sola exposición. ^[5] Esto reduce la necesidad de utilizar la técnica de captura HDR de múltiples exposiciones.

Las imágenes de alto rango dinámico se utilizan en aplicaciones de rango dinámico extremo, como trabajos de soldadura o de automoción. En las cámaras de seguridad, el término que se utiliza en lugar de HDR es "rango dinámico amplio". ^{[ cita requerida ]}

Debido a la no linealidad de algunos sensores, pueden ser comunes los artefactos en las imágenes. ^{[ cita requerida ]}

La representación de alto rango dinámico (HDRR) es la representación y visualización en tiempo real de entornos virtuales utilizando un rango dinámico de 65,535:1 o superior (utilizado en tecnología informática, de juegos y de entretenimiento). ^[6]

Las tecnologías que se utilizan para almacenar, transmitir, mostrar e imprimir imágenes tienen un rango dinámico limitado. Cuando las imágenes capturadas o creadas tienen un rango dinámico más alto, se deben mapear los tonos para reducir ese rango dinámico. ^{[ cita requerida ]}

Los formatos de alto rango dinámico para archivos de imagen y vídeo pueden almacenar un rango dinámico mayor que los formatos gamma tradicionales de 8 bits . Estos formatos incluyen:

• Formatos que solo se utilizan con fines de almacenamiento, como:
  • Formatos de imagen sin procesar
  • Formatos que utilizan una función de transferencia lineal con alta profundidad de bits
  • Formatos que utilizan una función de transferencia logarítmica
  • Abrir EXR
  • Ases
• Formatos HDR que se pueden utilizar tanto para almacenamiento como para transmisión a pantallas, como:
  • HDR10
  • HDR10+
  • Visión Dolby
  • Grupo de alto nivel
  • Se utilizan mapas de ganancia que añaden una capa de conversión sobre los datos SDR. El resultado es compatible con versiones anteriores.
    • Mapa de ganancia ISO/AWI 21496 , una unificación de las propuestas desarrolladas a partir de Apple y Adobe. ^[7]
    • Apple EDR, utilizado en macOS e iOS. 1 canal de ganancia. ^[8]
    • Adobe Gain Map, una imagen de mapa de ganancia en un archivo de imagen JPEG y compatible con versiones anteriores de pantallas SDR; ^[9] utilizado por Android con el nombre Ultra HDR. ^[10] Admite ganancia en 1 o 3 canales. ^[9]

OpenEXR fue creado en 1999 por Industrial Light & Magic (ILM) y lanzado en 2003 como una biblioteca de software de código abierto . ^{[11] [12]} OpenEXR se utiliza para la producción de cine y televisión . ^[12]

El Sistema de codificación de color de la Academia (ACES) fue creado por la Academia de Artes y Ciencias Cinematográficas y lanzado en diciembre de 2014. ^[13] ACES es un sistema completo de gestión de archivos y color que funciona con casi cualquier flujo de trabajo profesional y admite HDR y una amplia gama de colores . ^[13]

El alto rango dinámico (HDR) es también el nombre común de una tecnología que permite transmitir vídeos e imágenes de alto rango dinámico a pantallas compatibles. Esa tecnología también mejora otros aspectos de las imágenes transmitidas, como la gama de colores .

En este contexto,

• Las pantallas HDR se refieren a pantallas compatibles con esa tecnología.
• Los formatos HDR se refieren a formatos como HDR10 , HDR10+ , Dolby Vision y HLG .
• El vídeo HDR se refiere a un vídeo codificado en formato HDR. Estos vídeos HDR tienen una mayor profundidad de bits, luminancia y volumen de color que los vídeos de rango dinámico estándar (SDR), que utilizan una curva gamma convencional . ^[14]

El 4 de enero de 2016, la Ultra HD Alliance anunció sus requisitos de certificación para una pantalla HDR. ^{[15] [16]} La pantalla HDR debe tener un brillo máximo de más de 1000 cd/m2 ^y un nivel de negro inferior a 0,05 cd/m2 ⁽ una relación de contraste de al menos 20 000:1) o un brillo máximo de más de 540 cd/m2 ^y un nivel de negro inferior a 0,0005 cd/m2 ⁽ una relación de contraste de al menos 1 080 000:1). ^{[15] [16]} Las dos opciones permiten diferentes tipos de pantallas HDR, como LCD y OLED . ^[16]

Algunas opciones para utilizar funciones de transferencia HDR que se adapten mejor al sistema visual humano , además de una curva gamma convencional, incluyen el HLG y el cuantificador perceptual (PQ). ^{[14] [17] [18]} El HLG y el PQ requieren una profundidad de bits de 10 bits por muestra. ^{[14] [17]}

El rango dinámico de una pantalla se refiere al rango de luminosidad que la pantalla puede reproducir, desde el nivel de negro hasta su brillo máximo. ^{[ cita requerida ]} El contraste de una pantalla se refiere a la relación entre la luminancia del blanco más brillante y el negro más oscuro que un monitor puede producir. ^[19] Varias tecnologías permitieron aumentar el rango dinámico de las pantallas.

En mayo de 2003, BrightSide Technologies presentó la primera pantalla HDR en el Simposio de la Semana de la Pantalla de la Sociedad para la Visualización de la Información . La pantalla utilizaba una serie de LED controlados individualmente detrás de un panel LCD convencional en una configuración conocida como " atenuación local ". BrightSide presentó más tarde una variedad de tecnologías de visualización y vídeo relacionadas que permitían la visualización de contenido HDR. ^[20] En abril de 2007, BrightSide Technologies fue adquirida por Dolby Laboratories . ^[21]

Las pantallas OLED tienen un alto contraste. Las miniLED mejoran el contraste. ^{[ cita requerida ]}

En las décadas de 1970 y 1980, Steve Mann inventó las "gafas digitales" de primera y segunda generación como ayuda visual para que las personas pudieran ver mejor, y algunas versiones se incorporaron a los cascos de soldador para lograr una visión HDR. ^{[22] [23] [24] [25] [26] [27]}

En audio, el término alto rango dinámico significa que hay mucha variación en los niveles del sonido. Aquí, el rango dinámico se refiere al rango entre el volumen más alto y el más bajo del sonido.

XDR (audio) se utiliza para proporcionar audio de mayor calidad cuando se utilizan sistemas de sonido con micrófono o se graba en cintas de casete.

HDR Audio es una técnica de mezcla dinámica utilizada en EA Digital Illusions CE Frostbite Engine para permitir que los sonidos relativamente más fuertes ahoguen los sonidos más suaves. ^[28]

La compresión de rango dinámico es un conjunto de técnicas que se utilizan en la grabación y comunicación de audio para introducir material de alto rango dinámico a través de canales o medios de menor rango dinámico. Opcionalmente, se utiliza la expansión de rango dinámico para restaurar el alto rango dinámico original en la reproducción.

En radio, el alto rango dinámico es importante, especialmente cuando hay señales que pueden interferir. Se utilizan medidas como el rango dinámico libre de señales espurias para cuantificar el rango dinámico de varios componentes del sistema, como los sintetizadores de frecuencia. Los conceptos de HDR son importantes tanto en el diseño de radio convencional como en el definido por software .

En muchos campos, los instrumentos necesitan tener un rango dinámico muy alto. Por ejemplo, en sismología , se necesitan acelerómetros HDR, como en los instrumentos ICEARRAY .

• Rec. 2100 – Recomendación de la UIT-R para HDR
• Ultra HD Forum – Organización que ha creado estándares para HDR
• Espacio de color
• Clasificación de color

• "Alto rango dinámico (HDR) en gráficos Intel" (PDF) . Intel Corporation. Noviembre de 2017.