Alto rango dinámico

En fotografía y videografía , una técnica comúnmente denominada 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 con diferentes exposiciones y luego combinarlos en uno solo, lo que da como resultado una imagen con un rango dinámico superior al de los fotogramas capturados individualmente. ^{[ 3 ] [ 4 ]}

Algunos sensores de los teléfonos y cámaras modernos incluso combinan las dos imágenes en el chip. Esto permite que el usuario acceda directamente a un rango dinámico más amplio para su visualización o procesamiento sin compresión de píxeles. Algunas cámaras diseñadas para aplicaciones de seguridad pueden capturar vídeos HDR proporcionando automáticamente dos o más imágenes por fotograma, con exposición variable. Por ejemplo, un sensor para vídeo de 30 fps emitirá vídeo de 60 fps con los fotogramas impares con un tiempo de exposición corto y los pares con un tiempo de exposición más largo.

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 (HDR) se utilizan en aplicaciones de rango dinámico extremo, como soldadura o trabajos automotrices. En las cámaras de seguridad, el término utilizado en lugar de HDR es "amplio rango dinámico".

Debido a la no linealidad de algunos sensores, pueden aparecer artefactos en las imágenes.

La renderización de alto rango dinámico (HDRR) es la renderización y visualización en tiempo real de entornos virtuales utilizando un rango dinámico de 65.535:1 o superior (utilizada en tecnología informática, de juegos y de entretenimiento). ^{[ 6 ]} La HDRR no requiere una pantalla HDR y originalmente utilizaba el mapeo de tonos para mostrar la renderización en una pantalla de rango dinámico estándar .

Las tecnologías utilizadas para almacenar, transmitir, visualizar e imprimir imágenes tienen un rango dinámico limitado. Cuando las imágenes capturadas o creadas tienen un rango dinámico mayor, es necesario procesarlas tonalmente para reducirlo.

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

• Formatos HDR que se pueden utilizar tanto para el almacenamiento como para la transmisión a pantallas HDR, tales como:
  • Para ver el vídeo:
    • HDR10
    • HDR10+
    • Dolby Vision
    • HLG (compatible con versiones anteriores de pantallas SDR)
  • Para imágenes:
    • Se utiliza un método de mapeo de ganancia que añade una capa de conversión sobre los datos SDR. El resultado es compatible con versiones anteriores de pantallas y almacenamiento SDR.
      • Mapa de ganancia ISO 21496-1 , evolucionado a partir de la unificación de las propuestas de Apple y Adobe. ^{[ 7 ]} Utilizado por Apple bajo el nombre de HDR adaptativo , ISO 21496-1 admite los principales tipos de archivo como JPEG, HEIC, AVIF, JXL, etc. ^{[ 8 ]} Es compatible a partir de macOS 15 , iOS 18 , iPadOS 18 , Android 15 y navegadores basados ​​en Chromium . ^{[ 9 ]}
      • Adobe Gain Map , una imagen de mapa de ganancia en un archivo de imagen JPEG ; ^{[ 10 ]} utilizado por Google bajo el nombre Ultra HDR y por Samsung bajo el nombre Super HDR . ^{[ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]} Admite ganancia en 1 o 3 canales. ^{[ 10 ]} Los formatos Ultra HDR e ISO 21496-1 se codifican simultáneamente en Android 15 para compatibilidad HDR en dispositivos Android e iOS. ^{[ 9 ] [ 11 ]}
      • Mapa de ganancia de Apple , que no está completamente documentado públicamente, aunque existe documentación disponible para decodificar estas imágenes. ^{[ 12 ]}
      • AVIF es compatible con mapas de ganancia, pero actualmente no hay ningún codificador disponible. ^{[ 14 ]}
    • Apple EDR (Extreme Dynamic Range), utilizado en macOS e iOS. ^{[ 15 ]} Apple se refiere a EDR como la combinación de hardware y software que permite mostrar contenido SDR y HDR en la misma pantalla. ^{[ 16 ]}
    • HEIC ( códec HEVC en formato de archivo HEIF )
    • AVIF ( códec AV1 en formato de archivo HEIF)
    • JPEG XR
    • JPEG XL ^{[ 17 ]}
    • HSP, CTA 2072 Interfaz de fotografía fija HDR (un formato utilizado por las cámaras Panasonic para la captura de fotos en HDR con la función de transferencia HLG ) ^{[ 18 ]}
• Formatos que se utilizan únicamente con fines de almacenamiento, como por ejemplo:
  • 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
  • OpenEXR fue creado en 1999 por Industrial Light & Magic (ILM) y lanzado en 2003 como una biblioteca de software de código abierto . ^{[ 19 ] [ 20 ]} OpenEXR se utiliza para la producción de cine y televisión . ^{[ 20 ]}
  • El formato de imagen RGBE , inventado por Gregory Ward Larson para el sistema de renderizado Radiance , se utiliza ampliamente en el diseño y la simulación de iluminación.
  • 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. ^{[ 21 ]} ACES es un sistema completo de gestión de color y archivos que funciona con casi cualquier flujo de trabajo profesional y admite tanto HDR como una amplia gama de colores . ^{[ 21 ]}

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. Esta 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 mayor profundidad de bits, luminancia y volumen de color que los vídeos de rango dinámico estándar (SDR), que utilizan una curva gamma convencional . ^{[ 22 ]}

El 4 de enero de 2016, la Ultra HD Alliance anunció sus requisitos de certificación para una pantalla HDR. ^{[ 23 ] [ 24 ]} La pantalla HDR debe tener un brillo máximo superior a 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 superior a 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). ^{[ 23 ] [ 24 ]} Las dos opciones permiten diferentes tipos de pantallas HDR, como LCD y OLED . ^{[ 24 ]}

Algunas opciones para usar funciones de transferencia HDR que se ajustan mejor al sistema visual humano que una curva gamma convencional incluyen HLG y el cuantificador perceptual (PQ). ^{[ 22 ] [ 25 ] [ 26 ]} HLG y PQ requieren una profundidad de bits de 10 bits por muestra. ^{[ 22 ] [ 25 ]}

El rango dinámico de una pantalla se refiere al rango de luminosidad que puede reproducir, desde el nivel de negro hasta su brillo máximo. El contraste de una pantalla se refiere a la relación entre la luminancia del blanco más brillante y el negro más oscuro que puede producir un monitor. ^{[ 27 ]} Diversas tecnologías han permitido aumentar el rango dinámico de las pantallas.

En mayo de 2003, BrightSide Technologies presentó la primera pantalla HDR en el Simposio Display Week de la Sociedad para la Visualización de Información . La pantalla utilizaba una matriz de LED controlados individualmente detrás de un panel LCD convencional en una configuración conocida como " atenuación local ". Posteriormente, BrightSide introdujo diversas tecnologías de visualización y vídeo relacionadas que permitían la visualización de contenido HDR. ^{[ 28 ]} En abril de 2007, BrightSide Technologies fue adquirida por Dolby Laboratories . ^{[ 29 ]}

Las pantallas OLED tienen un alto contraste. MiniLED mejora el contraste.

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 vieran mejor; algunas versiones se integraron en cascos de soldadura para la visión HDR. ^{[ 30 ] [ 31 ] [ 32 ] [ 33 ] [ 34 ] [ 35 ]}

En audio, el término alto rango dinámico significa que existe una gran variación en los niveles de sonido. En este contexto, el rango dinámico se refiere a la diferencia entre el volumen máximo y el mínimo del sonido.

XDR (audio) se utiliza para proporcionar audio de mayor calidad al usar sistemas de sonido con micrófono o al grabar en cintas de casete.

HDR Audio es una técnica de mezcla dinámica utilizada en el motor Frostbite de EA Digital Illusions CE para permitir que los sonidos relativamente más fuertes ahoguen los sonidos más suaves. ^{[ 36 ]}

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

En radio, un alto rango dinámico (HDR) es fundamental, especialmente en presencia de señales potencialmente interferentes. Medidas como el rango dinámico libre de espurias se utilizan para cuantificar el rango dinámico de diversos componentes del sistema, como los sintetizadores de frecuencia. Los conceptos de HDR son importantes tanto en el diseño de radio convencional como en el de radio definida por software .

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