HDR (high dynamic range)

Das menschliche Auge besitzt einen extrem hohen Dynamikumfang und kann Lichtverhältnisse von 10.000.000:1 und mehr unterscheiden, und zwar zwischen dunkelster Nacht und hellstem Sonnenlicht. Ein solcher Dynamikumfang kann weder mit einem Drucker, der Fotografie, einem herkömmlichen Display oder mit einem Projektor erreicht werden.


Die Farbaufnahme und -darstellung und der Druck von Farbdrucken und Fotos ist im Dynamikbereich begrenzt. Alle Aufnahme- und Wiedergabeverfahren unterliegen in ihren Kontrastverhältnissen gewissen technischen Einschränkungen. Diese Grenzen gilt es so zu erweitern, dass sie nach Möglichkeit dem Dynamikumfang des menschlichen Auges angepasst werden.

Wahrnehmbare 
   Dynamik des Auges und erweiterte Dynamik beim HDR-Display

Wahrnehmbare Dynamik des Auges und erweiterte Dynamik beim HDR-Display

Um das Kontrastverhältnis bei der Aufnahme- und Wiedergabetechnik zu verbessern, muss das Verhältnis zwischen hellstem und dunkelstem Bilddetail erhöht werden, da jede Aufnahme durch den Kontrast zwischen hellstem und dunkelstem Bilddetail begrenzt ist. Dies zeigt sich im Besonderen, wenn partiell helle Bilddetails in dunkler Umgebung aufgenommen werden sollen. Beispielsweise ein von der Sonne beleuchteter Gegenstand in einem dunklen Raum. Der Kontrast der CCD-Sensoren reicht nicht aus um Details im dunklen Bereich deutlich erkennbar zu machen. Ein solcher Kontrastumfang kann bei 10.000:1 und höher liegen. Digitalkameras haben aber nur eine Auflösung von 8 Bit, resp. einem Kontrastverhältnis von 256:1, und der Papierausdruck eine noch geringere.

Mit High Dynamic Range den Dynamikbereich erhöhen

High Dynamic Range (HDR) ist ein Ansatz zur Erhöhung des Dynamikbereichs, der gleichermaßen in der Bildaufnahme, bei HDR-Fotos, in HDR-Videos, HDR-Displays und HDR-Druckern unterschiedlich angewendet wird. Das HDR-Verfahren arbeitet mit wesentlich mehr Helligkeitsstufen, nämlich mit 10 Bit, HDR10, und 12 Bit, HDR12. Das entspricht 1.024 bzw. 4096 Helligkeitsstufen. Der Dynamikumfang der Bilder wird bei der Aufnahmetechnik und der Darstellung auf ein realisierbares Maß komprimiert. Man spricht in diesem Zusammenhang auch von Dynamikkompression oder von Tone-Mapping.

High Dynamic Range setzt bereits bei der Aufnahmetechnik an. Um den eingeschränkten Dynamikbereich von Digitalkameras zu umgehen, kann man die Bilder unterbelichten oder einen Gradationsfilter benutzen. Nachteilig ist bei der Unterbelichtung, dass das Rauschen in den ohnehin dunklen Bilddetails besonders hervorgehoben wird. Dagegen weisen die neutralen Gradationsfilter im oberen Bereich einen weichen Übergang zu neutralem Grau auf. Es gibt auch Digitalkameras mit optimierten Bildsensoren, die einen größeren Kontrastbereich umfassen. Darüber hinaus gibt es mit Binary Pixel eine von Rambus entwickelte Technik, die Helligkeitsunterschiede in der Sättigung darstellen kann.

HDR-Darstellung mit 32 Bit und 64 Bit, Foto: Codinghorror

HDR-Darstellung mit 32 Bit und 64 Bit, Foto: Codinghorror

Eine andere Aufnahmetechnik stützt sich auf mehrere Aufnahmen des gleichen Motivs, die verwackelungsfrei von der gleichen Position mit verschiedenen Blenden aufgenommen werden. Die Einzelaufnahmen, die wegen des Kontrasts bereits im RAW-Format aufgenommen werden sollten, werden anschließend mit einem entsprechenden Programm im HDR-Verfahren mit einem Kontrast von 32 Bit berechnet. Was die Wiedergabetechnik betrifft, so wird in HDR-Displays der Dynamikumfang durch Hintergrundbeleuchtung wesentlich erhöht.

Informationen zum Artikel
Deutsch:
Englisch: high dynamic range - HDR
Veröffentlicht: 16.02.2018
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Tags: #Grafik-Grundlagen
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