HDR چیست و چه کاربردهایی دارد؟ از دوربین تا تلویزیون

تکنولوژی HDR چیست ؟

واژه HDR مخفف High Dynamic Range به معنای محدوده دینامیکی بالا یا گسترده است. برای درک بهتر این واژه باید ابتدا به مفهوم «محدوده دینامیکی» اشاره کنیم.

بطور کلی محدوده دینامیکی به میزان اختلاف بین حداکثر و حداقل یک پدیده یا کمیت اشاره می‌کند که در اینجا منظور همان نور است. محدوده دینامیکی در یک سیستم نوری، اختلاف بین کمترین و بیشترین شدت نوری است که قابل تشخیص باشد. سیستمی که محدود دینامیکی وسیعی داشته باشد، یک سیستم اچ دی آر نامیده می‌شود.

محدوده دینامیکی چشم انسان محدوده وسیعی است. ما می‌توانیم جزئیات موجود در نواحی روشن و نواحی تیره یک صحنه را به آسانی تشخیص دهیم. این محدوده فراتر از محدوده دینامیکی اکثر دوربین‌های DSLR متوسط و حتی حرفه‌ای است.

انواع HDR

بطور کلی دو نوع HDR وجود دارد: اچ دی آر در نمایشگرها و تلویزیون‌ها و اچ دی آر در ثبت تصاویر توسط دوربین‌ها (اعم از دوربین عکاسی یا دوربین گوشی‌ها). این دو نوع HDR اهداف یکسانی دارند اما از راه‌های متفاوت به آن می‌رسند.

اصطلاح عکس‌های اچ دی ار سال‌هاست که در حیطه عکاسی کاربرد دارد و حتی ممکن است از آن استفاده کرده باشید، اما کاربرد این واژه در تلویزیون‌ها نسبتاً جدید است. بنابراین ابتدا به اصطلاح اچ دی آر در تلویزیون‌ها می‌پردازیم.

HDR در تلویزیون چیست ؟

بطور اساسی، اچ دی آر در تلویزیون یک فرایند نمایشی است. این قابلیت به توانایی تلویزیون به تشخیص محتوای HDR و نمایش آن بصورتی متفاوت از تلویزیون‌های معمولی، اشاره دارد.

بصورت ساده، قابلیت اچ دی آر در نمایشگرها و تلویزیون‌ها باعث افزایش کنتراست و روشنایی تصویر می‌شود. این افزایش کنتراست همان محدوده دینامیکی بالایی است که قبلاً به آن اشاره کردیم. اما قابلیت HDR در تلویزیون‌ها فقط محدود به افزایش محدوده دینامیکی نیست بلکه باعث افزایش جزئیات در نواحی روشن و تیره تصویر نیز می شود.

در مقایسه با نمایشگرهای معمولی که به آن‌ها SDR (مخفف Standard Dynamic Range) می‌گوییم، نمایشگرهای HDR سه برتری ویژه دارند:

• محدوده دینامیکی وسیع‌تر
• روشنایی بالاتر
• دامنه رنگ وسیع‌تر

ویژگی اول و دوم با هم ارتباط نزدیکی دارند. این دو مسئول نمایش جزئیات بیشتر در نواحی روشن و تیره تصویر هستند. اینجاست که عبارت «سفیدهای سفیدتر و مشکی‌های مشکی‌تر» معنی پیدا می‌کند.

به عنوان مثال، در تصویری از یک شخص که کنار پنجره‌ای با نور زیاد ایستاده است، در تلویزیون‌های SDR آن قسمت از صورت شخص که نزدیک به پنجره است کاملاً روشن و سفید دیده می‌شود در حالی که در یک نمایشگر HDR علاوه بر روشنایی مناسب چهره فرد، جزئیات و بافت و رنگ پوست شخص بخوبی حفظ شده و نمایش داده می شود.

همین قضیه در مورد نواحی تیره تصویر نیز صدق می‌کند. قدرت تفکیک تیرگی‌ها از یکدیگر ضمن حفظ سیاهی‌های مطلق تصویر از ویژگی‌های عالی تلویزیون‌های اچ دی آر است. درواقع افزایش روشنایی یا Brightness در این تلویزیون‌ها در کنار محدوده دینامیکی وسیع‌تر، باعث افزایش بسیار خوب سطح جزئیات در این نمایشگرها می‌شود. به همین دلیل است که تصاویر تلویزیون‌های اچ دی آر بسیار به واقعیت نزدیک هستند.

ویژگی سوم نمایشگرها و تلویزیون‌های HDR، دامنه رنگ یا Color Gamut وسیع‌تر این نمایشگرهاست. مسئله رنگ در نمایشگرها مقوله‌ای متفاوت از قابلیت HDR است.چشم انسان می‌تواند دامنه و سایه‌های گسترده‌ای از رنگ‌ها را تشخیص دهد اما متاسفانه بنابر دلایل فنی، مجموعه رنگ‌های ارسالی تصاویر دامنه کوچک‌تری نسبت به دید انسان دارند. در نمایشگرهای اچ دی آر، دامنه رنگ‌ها نیز بطور قابل ملاحظه‌ای وسیع‌تر شده است. این دامنه رنگی وسیع‌تر که به نام WCG (مخفف Wide Color Gamut) شناخته می‌شود عامل شادابی و سرزندگی تصاویر است.

توجه داشته باشید افزایش دامنه رنگ‌ها به معنای افزایش شدت رنگ یا Saturation نیست. افزایش شدت رنگ باعث نمایش رنگ‌های بیشتر نمی‌شود اما افزایش دامنه رنگ‌ها، تعداد سایه‌های رنگی قابل نمایش را بیشتر می‌کند.

امروزه سه استاندارد برای نمایش دامنه رنگ‌ها وجود دارد. همانگونه که در تصویر زیر مشاهده می‌کنید دامنه رنگ Rec.709 در اکثر تلویزیون‌ها قابل دسترسی است. دامنه رنگ DCI-P3 مربوط به دوربین‌های دیحیتال بوده و از دامنه قبلی وسیع‌تر است. و بالاخره دامنه رنگ Rec.2020 که دامنه‌ای ایده‌آل محسوب شده و سازندگان تلویزیون‌های HDR سعی می‌کنند به این استاندارد در تلویزیون‌های خود نزدیک شوند.

موقع خرید تلویزیون به این استانداردها توجه کنید.

HDR در مقابل 4K  تفاوت در چیست؟

قابلیت HDR و رزولوشن 4K هر دو سبب افزایش کیفیت تصویر می‌شوند اما به یک روش این کار انجام نمی‌شود. اچ دی آر و 4K استانداردهای رقیب نیستند. واژه 4K به رزولوشن یا همان تعداد پیکسل‌های صفحه نمایش اشاره می‌کند. گاهی برای نمایش این رزولوشن از واژه‌ی UHD یا Ultra HD نیز استفاده می‌شود. این رزولوشن 4 برابر رزولوشن تلویزون‌ها و نمایشگرهای Full HD یا همان 1080p است و معادل 3840×2160 پیکسل است.

برای درک بهتر، تصور کنید در فضای یک فریم تصویر 4K می‌توان چهار تصویر با رزولوشن Full HD قرار داد. درواقع هر فریم تصویر 4K دارای رزولوشن 8 مگاپیکسل می‌باشد.

از طرف دیگر، قابلیت HDR همانطور که قبلاً بیان شد، باعث افزایش میزان کنتراست و دامنه رنگ تصاویر می‌شود. این قابلیت معمولاً در تلویزیون‌های 4K به کار گرفته می‌شود اما امکان به کار رفتن در تلویزیون‌های Full HD نیز وجود دارد.

بنابراین نه تنها نباید رزولوشن 4K را در مقابل قابلیت HDR قرار داد، بلکه ترکیب این دو در یک دستگاه نمایشگر یا تلویزیون باعث بهبود و افزایش دو پارامتر مهم در نمایش تصویر یعنی رزولوشن و دامنه نور و رنگ می‌شوند.

عکس و ویدیوهای HDR چه تفاوتی دارند؟

برای تماشای قابلیت HDR فقط داشتن نمایشگر یا تلویزیون اچ دی آر کافی نیست. برای این منظور به محتوای HDR نیاز است. یک تلویزوین HDR فقط موقعی HDR است که محتوای HDR را نمایش دهد، در غیر این صورت فقط یک تلویزیون خوب است. این محتوا از دو طریق نمایش داده می‌شود:

• نمایش محتوای ضبط شده: بدلیل محدودیت‌های فنی، پخش کننده‌های معمولی بلو-ری نمیتوانند محتوای HDR را پخش کنند. برای این منظور استاندارد جدیدی به نام Ultra HD Blu-ray ایجاد شده که می‌تواند محتوای رمزگذاری شده HDR را پخش کند.
• نمایش از طریق سرویس‌های آنلاین: درحال حاضر سرویس‌های آنلاین آمازون، نتفلیکس و یوتیوب محتوای HDR را پخش می‌کنند.  برای دریافت محتوای HDR از این سرویس‌ها بایستی یک ارتباط با سرعت بالا و پهنای باند مناسب داشته باشید. به عنوان مثال، سرویس آمازون ارتباط با سرعت 15Mbps و نتفلیکس ارتباط با سرعت 25Mbps را توصیه می‌کنند. به تازگی شرکت اپل نیز سرویس HDR خود را به نام Apple TV 4K راه‌اندازی نموده است.

 انواع فرمت HDR

از آنجایی که استاندارد و فرمت پخش محتوای HDR هنوز یکپارچه و جهانی نشده است، با فرمت‌های گوناگونی برای محتوای HDR مواجه هستیم. درحال حاضر دو فرمت مطرح در این زمینه وجود دارد، هرچند از برخی فرمت‌های دیگر نیز در مقیاسی کمتر نام برده می‌شود. این دو فرمت عبارتند از فرمت HDR-10 و فرمت دالبی ویژن یا Dolby Vision

فرمت HDR-10

استاندارد HDR-10 توسط انجمن فناوری مصرف‌کنندگان یا Consumer Technology Association ایجاد شده و یک استاندارد و فرمت باز محسوب می‌شود. این فرمت در اکثر تلویزیون‌های اچ دی آر به کار می‌رود زیرا استفاده از آن رایگان بوده و کار خود را به خوبی انجام می‌دهد.

فرمت Dolby Vision

برخلاف ماهیت عمومی فرمت HDR-10 فرمت دالبی ویژن یک فرمت اختصاصی و انحصاری متعلق به شرکت دالبی است. دستگاه‌هایی که از این قابلیت استفاده می‌کنند باید لایسنس آن را از شرکت دالبی خریداری کنند. برای درک بهتر تفاوت این دو فرمت، استاندارد HDR-10 را به مثابه پورت USB-C و فرمت دالبی ویژن را مشابه پورت لایتنینگ درنظر بگیرید.

از نظر تکنیکی، فرمت HDR-10 تنظیمات کنتراست و رنگ را بصورت استاتیک برای هر محتوا در تمام طول زمان پخش انجام می‌دهد. این بدان معنی است که بدون توجه به صحنه درحال نمایش، تنظیمات کنتراست و رنگ ثابت هستند.

در نقطه مقابل، استاندارد دالبی ویژن از تنظیمات داینامیک برای نمایش محتوای HDR استفاده می‌کند. در این حالت، با توجه به هر صحنه یا حتی هر فریم از فیلم، تنظیمات بهینه کنتراست و رنگ اعمال می‌شود. در نتیجه مناسب‌ترین حالت نمایش HDR بوجود می‌آید.

فرمت دالبی ویژن همچنین از اطلاعات داینامیک متادیتای محتوا برای تنظیمات سخت‌افزاری تلویزیون با توجه به برند و مدل سازنده طبق قراردادی که بین شرکت دالبی و تولیدکننده وجود دارد، استفاده می‌کند. بدین ترتیب برخلاف فرمت HDR-10 نیازی به فرایند تنظیمات نسبتاً پیچیده سخت افزاری وجود ندارد.

اگرچه امکان ویرایش محتوای معمولی به محتوایی با قابلیت HDR وجود دارد اما بهتر است از ابتدا این محتوا بصورت HDR تولید شود . خوشبختانه اکثر دوربین‌های حرفه‌ای فیلمبرداری مانند ARRI، RED و Blackmagic توانایی ضبط فیلم با محدوده دینامیکی بالا را دارند و می‌توانند محتوای HDR خوبی برای نمایش ایجاد کنند.

بطور خلاصه، فرمت دالبی ویژن از برخی جهات کیفیت برتری نسبت به فرمت HDR-10 ارائه می‌دهد اما با معرفی فرمت‌های دیگر مانند HDR-10+ که توسط شرکت سامسونگ معرفی شده است، شاهد کاهش روز به روز این اختلاف هستیم. همچنین برخی از برندهای مشهور سازنده تلویزیون، امکان استفاده از هر دو فرمت را در دستگاه‌های خود فراهم کرده‌اند.

HDR دوربین چیست ؟

چگونه HDR دوربین را فعال کنیم ؟  تکنیک عکاسی اچ دی آر قدمتی چندین ساله دارد. در این تکنیک با ترکیب چند تصویر که با نوردهی های مختلف ثبت شده‌اند با یکدیگر، یک تصویر نهایی با محدوده دینامیکی بالا یا تصویر HDR بدست می‌آید.

نوردهی زیاد

نوردهی کم

عکس HDR نهایی

این تکنیک را می‌توانید به کمک ویژگی تعبیه شده در دوربین نیز انجام دهید. دوربین‌های DSLR که دارای این قابلیت هستند با گرفتن چند عکس پیاپی با نوردهی مختلف و ترکیب آن‌ها با یکدیگر، یک عکس نهایی HDR ارائه می‌هند.

البته قابلیت HDR درون دوربین‌ها محدود بوده و بهترین راه برای عکاسی HDR، گرفتن چندین عکس با نوردهی مختلف و ترکیب آن‌ها در نرم‌افزار  و پس از عکسبرداری است. نرم‌افزار فتوشاپ می‌تواند این کار را بخوبی انجام دهد اما می‌توانید از نرم‌افزارهای اختصاصی HDR مانند Photomatix نیز استفاده کنید.

تصاویر HDR می‌توانند ظاهری فراواقعی داشته و به نقاشی شبیه باشند. به همین دلیل عکاسی HDR به عنوان سبک و ژانر عکاسی محسوب نشده و یک تکنیک عکاسی است.

قابلیت HDR در دوربین گوشی چیست ؟

همه ما این گزینه HDR را در قسمت دوربین موبایل را دیده‌ایم. کارکرد این گزینه همانند دوربین‌های عکاسی، ایجاد یک تصویر نهایی HDR با دامنه گسترده‌تری از کنتراست و رنگ است.

در این فرایند، چندین عکس بصورت پیاپی با نوردهی متفاوت گرفته شده و پس از ترکیب با یکدیگر بصورت یک عکس HDR نمایش داده می‌شود.

ذکر این نکته ضروری است که افزایش محدوده دینامیکی در گوشی های همراه بطور مصنوعی ایجاد می شود زیرا حسگرهای دوربین این گوشی‌ها بطور پیش‌فرض محدوده دینامیکی بالایی ندارند.

اچ دی آر در کنسول‌های بازی

شرکت‌های سازنده کنسول‌های بازی نیز به قابلیت HDR نگاهی داشته‌اند. کنسول‌های Xbox سری X قابلیت پشتیبانی از بازی‌های HDR را دارند. کنسول بازی سونی PS5 نیز همانند Xbox می‌تواند بازی‌های HDR را اجرا کند.

نکته قابل توجه در هر دو مدل کنسول، دارا بودن پخش کننده داخلی بلو-ری آن‌هاست که می‌تواند محتوای HDR را با رزولوشن 4K از طریق دیسک‌های بلو-ری UHD پخش کند.

سخن نهایی

قابلیت HDR در تلویزیون‌ها و نمایشگرها باعث افزایش کیفیت تصویر از طریق گسترش محدوده دینامیکی و دامنه رنگ می شود. اگر درصدد خرید یک تلویزیون جدید هستید توصیه می‌کنیم انواع دارای این قابلیت را انتخاب کنید. آنچه مسلم است در آینده نزدیک شاهد ارائه هرچه بیشتر محتوای HDR خواهیم بود.