HDR：我们仍处于转型期吗？ ——何塞·曼努埃尔·梅南德斯

何塞·曼努埃尔·梅南德斯 (José Manuel Menéndez) 教授马德里理工大学和主任 RTVE 主席 – UPM，反思了HDR当前的可能性及其未来。

在协会框架内 超高清西班牙，7月21日我们的同事 维森特·普拉 非常友善地为我们举办了一场精彩的 HDR 大师班，题为 从场景到观看者的 HDR。考虑到需要考虑视觉信号所通过的每一个元素（从捕获到在屏幕上的呈现）以实现该效果，标题的选择再好不过了。哇 HDR 有。

文森特的课程让我思考目前可用的技术是什么，以及我希望能够在家中享受什么。而且，事实是， 我不太明白这两件事是一致的一月。让我们看看现在有什么相关的 高动态范围 – HDR。

让我们记住图像的动态范围定义为 该图像呈现的最亮值和最暗值之间的比率，这适用于真实图像或屏幕提供的场景： RD = (L_MAX + L_MIN)/L_MIN，存在 最大L值 光度值（cd/m²或尼特）最亮的峰，和 最小L值 较暗级别的值。你必须要小心，如果 最小L值 接近于零（正如 OLED 屏幕开始发生的那样），因为它们使研发存储到无穷大。在这些情况下，使用简化是很方便的 RD = L_MAX。

了解对数单位

我们工程师喜欢用 对数单位，这就是为什么我们通常测量研发以分贝 (dB) 为单位，计算公式为 RD_dB = 10 log_10 RD。令我惊讶的是，事实证明摄像机操作员和电影摄影师也喜欢使用对数单位（以 2 为底），并将其称为 f- 停止： RD_(f – 停止) = log_2 RD。它有一个简单的解释：过去，相机镜头允许通过将光线进入传感器的表面乘以或除以 2 来打开或关闭光圈，从而获得数字。 f 1.4、2、2.8、4、5.6、8等。现在，光阑通常是连续节距的，但它们更好地管理入射光的控制”老办法”。通过这项措施，增加了 1 f-stop 对应于双光影响传感器。

我们不要忘记，我们开发所有技术都是为了让人们能够享受它。我们知道人类视觉系统——SVH 能够看到大约 46 范围内的东西 f-stops（对应于 10 级的亮度级别）^-6 一个 10⁸ 尼特），但不同时。适应过程之后（典型的做法是早上睡觉后拉起百叶窗并保持失明几秒钟，而视力会下降）适应), 眼睛能看到大约17 f-同时停止，还有那 17 个 f- 停止在 46 范围内移动 f- 先前停靠点，取决于环境光。

当前的 HDR 工具

SVH 的单元前提和特性已经明确，让我们看看视频信号的捕获、处理、传输和显示链中现在有哪些内容：

捕获中：相机制造商尝试根据所捕获的信号来优化 您的传感器的可能性，从而提供优化光捕获模式的特定曲线：LogC、ArriRAW、S-Log3等。通过这些曲线我们尝试让相机感知光和颜色。 与眼睛类似 （我们在弱光下有更高的灵敏度）。市场上仍然没有提供全部 17 种功能的相机 f-停下来，但他们开始越来越近，我们很快就会看到他们。就颜色而言，可能性更广泛，并且可以捕获比屏幕向我们展示的更多颜色。因此，我们在色彩方面做得很好，并且在亮度方面也有望取得不错的成绩。
后期制作中：相机捕捉到的光线和颜色可能有 大于现行电视标准可播放和显示的范围，所以需要做后期制作来适应。有几个标准已经发布并投入使用。有些参考了场景的环境光，例如HLG（混合对数伽玛）和其他人参考可能的观看条件，例如 PQ 曲线（感知量化器）及其衍生产品（HDR10、HDR10+、杜比视界等）。在任何适应过程中，我们总是会丢失信息，并且该丢失将取决于所选的曲线。它们都有优点和缺点。照常。
演示中：屏幕厂家 他们有严重的困难 根据标准表示颜色 ITU-R BT.2020，与 UHD 信号一起使用以实现 HDR。他们尝试用近似值来表示信号的颜色，其好坏取决于设备中集成的电子设备。至于亮度水平， 以合理的能源效率实现高峰值亮度存在严重问题。更重要的是：目前还不清楚需要达到什么水平的峰值亮度（以尼特为单位）才能获得更好的市场接受度。一些已发表的提案中提到了 100、500、1000、2500 甚至 10,000 尼特（1000 尼特相当于约 10 f-停止）。具有 HLG 或基于 PQ 的曲线的视频信号如何适应所述光度幅度尚未确定。有几个工作组（超高清联盟，超高清电视委员会 表面处理技术工程师协会）试图定义保留摄影导演的创造性工作的呈现方式，并确定内容的呈现方式。这些模式称为 电影制片人模式。但屏幕制造商通常不提供它们，至少目前是这样，部分原因是实施它们需要额外的成本，部分原因是它提供的模式（名称如体内, 游戏, 电影等）是他认为最合适的，这样他的屏幕更受公众喜欢。

我想要什么？

好的。以上是我们目前所拥有的。但是，对于我来说，作为一个用户，我想要什么？：

捕获中: 我希望有相机可以捕捉 尽可能接近人类视觉系统，因此相机确实为我提供了捕捉现实的可能性，无论是在亮度水平还是在色度方面。好吧，我们已经有了答案：我们需要能够看到这 17 个图像的捕捉相机 f- SVH 的停靠点，具有不同的环境照明条件。
后期制作中：鉴于必须对亮度和色度进行调整（这意味着减少），我希望进行后期制作 精彩的，这为我提供了一个适应现实的版本，适应信号传输（或扩散）系统和客厅屏幕提供的可能性，而无需戴上太阳镜（如果是场景，例如在海滩上）或关掉灯（就像《权力的游戏》的最后一集），这对我来说看起来很舒服，同时与现实保持尽可能多的相似性。我希望这个精彩的后期制作能够根据 电影制作人模式 让我尝试生成一个我可以在客厅看到的信号。
演示中：我想要一台能适应环境光条件的电视（如果是白天有窗外的光，或者晚上开着灯，因为我正在吃晚饭，我想看看我吃的东西），但不会因为太强烈的峰值而使我眼花缭乱，不需要太阳镜，更不会损害我的视力。此外，如果我们只看到 17 f-停下来，对我来说屏幕最多有那个容量就足够了。但我不想需要太阳镜。我不确定这是否意味着少于那 17 个。 f-停止，尽管一切都表明是的。

整理我的愿望信，我发现：

1.我想要相机让他们成为 传感器尽可能忠实于现实。在这方面我们走在正确的轨道上。

2.我想要一个 能够参考场景条件的系统，以及观看条件。因此，我想要一个标准这可以指两个极端，而不仅仅是一个极端，就像现在这样。

3.我想要一个后期制作 精彩的，它将现实转化为我的最佳观看条件。

4.我想要一个 分析显示器的适宜照明强度。 100 尼特？ 1000？ 10万？市场上还没有屏幕，我们无论是在人口上还是在监测时间上都没有足够的统计数据，来告诉我们什么值是方便的“通往现实世界的窗口，让我们在不损害视力的情况下看到精彩的事物“对于那些寻找博士论文主题的人来说，我认为这里有空间......

5. 我想要能够向我展示这一点的显示器尽可能忠实地对现实进行后处理 电影制作人模式 （除了制造商已经为那些喜欢这些模式或将电视与其他设备一起使用的人提供的其他模式之外）他们精心呈现的工作让我感到高兴是现实，或者现实正如它的目的是让我们沉思它以产生沉浸在我们所看到的事物中的感觉。

老实说，我不知道这是否给智者的信“有一天会成为现实，但我认为我的愿望清单是相当明智的。从技术角度来看，我的要求似乎并不过分，老实说，我认为技术和监管发展沿着这些方向发展只是时间问题。因此，我越来越相信，就 HDR 而言， 我们仍处于过渡阶段 考虑（或多或少）我的要求的一个或多个解决方案。

当然，我们还需要加深几个方面的认识：