نطاق ديناميكي عالي

في التصوير الفوتوغرافي والفيديو ، تسمح تقنية تُعرف باسم النطاق الديناميكي العالي ( HDR ) بالتقاط نطاق ديناميكي للصور والفيديوهات يتجاوز القدرة الأصلية للكاميرا. وتتمثل هذه التقنية في التقاط عدة إطارات لنفس المشهد ولكن بتعريضات مختلفة ، ثم دمجها في صورة واحدة، مما ينتج عنه صورة بنطاق ديناميكي أعلى من الإطارات الملتقطة بشكل فردي. ^{[ 3 ] [ 4 ]}

قد تقوم بعض المستشعرات في الهواتف والكاميرات الحديثة بدمج الصورتين داخل الشريحة نفسها. وهذا يتيح نطاقًا ديناميكيًا أوسع متاحًا للمستخدم مباشرةً للعرض أو المعالجة دون الحاجة إلى ضغط البكسل. بعض الكاميرات المصممة للاستخدام في التطبيقات الأمنية قادرة على التقاط فيديوهات بتقنية HDR من خلال توفير صورتين أو أكثر لكل إطار تلقائيًا، مع تغيير التعريض. على سبيل المثال، مستشعر فيديو بمعدل 30 إطارًا في الثانية يُنتج 60 إطارًا في الثانية، حيث تكون الإطارات الفردية بتعريض قصير والإطارات الزوجية بتعريض أطول.

تستطيع مستشعرات الصور CMOS الحديثة في كثير من الأحيان التقاط صور ذات نطاق ديناميكي عالٍ من خلال تعريض ضوئي واحد. ^{[ 5 ]} وهذا يقلل من الحاجة إلى استخدام تقنية التقاط الصور بتقنية النطاق الديناميكي العالي (HDR) متعددة التعريضات.

تُستخدم صور النطاق الديناميكي العالي في تطبيقات النطاق الديناميكي الواسع للغاية، مثل اللحام أو أعمال السيارات. أما في كاميرات المراقبة، فيُستخدم مصطلح "النطاق الديناميكي الواسع" بدلاً من HDR.

بسبب عدم الخطية في بعض أجهزة الاستشعار، قد تكون التشوهات في الصور شائعة.

تقنية العرض عالي النطاق الديناميكي (HDRR) هي تقنية لعرض البيئات الافتراضية في الوقت الفعلي باستخدام نطاق ديناميكي يبلغ 65535:1 أو أعلى (تُستخدم في تقنيات الحواسيب والألعاب والترفيه). ^{[ 6 ]} لا تتطلب تقنية HDRR شاشة عرض HDR ، وكانت في الأصل تستخدم تقنية تعيين النغمات لعرض الصورة على شاشة عرض ذات نطاق ديناميكي قياسي .

تتميز التقنيات المستخدمة لتخزين الصور ونقلها وعرضها وطباعتها بنطاق ديناميكي محدود. وعندما تتمتع الصور الملتقطة أو المُنشأة بنطاق ديناميكي أعلى، يجب معالجتها بتقنية ضبط الدرجات اللونية لتقليل هذا النطاق.

تستطيع تنسيقات النطاق الديناميكي العالي لملفات الصور والفيديو تخزين نطاق ديناميكي أكبر من تنسيقات جاما التقليدية ذات 8 بت. وتشمل هذه التنسيقات ما يلي:

• تنسيقات HDR التي يمكن استخدامها للتخزين والإرسال إلى شاشات HDR، مثل:
  • للفيديو:
    • HDR10
    • HDR10+
    • دولبي فيجن
    • HLG (متوافق مع شاشات SDR)
  • للحصول على الصور:
    • تعتمد هذه التقنية على أساليب خرائط الكسب ، التي تضيف طبقة تحويل فوق بيانات SDR. والنتيجة متوافقة مع الإصدارات السابقة من شاشات SDR ووحدات التخزين.
      • خريطة كسب ISO 21496-1 ، تطورت من توحيد مقترحات شركتي آبل وأدوبي. ^{[ 7 ]} تستخدمها آبل تحت اسم Adaptive HDR ، وتدعم ISO 21496-1 أنواع الملفات الرئيسية مثل JPEG وHEIC وAVIF وJXL وغيرها. ^{[ 8 ]} وهي مدعومة بدءًا من macOS 15 و iOS 18 و iPadOS 18 و Android 15 والمتصفحات المبنية على Chromium . ^{[ 9 ]}
      • خريطة كسب Adobe ، وهي صورة خريطة كسب في ملف صورة JPEG ؛ ^{[ 10 ]} تستخدمها جوجل تحت اسم Ultra HDR وسامسونج تحت اسم Super HDR . ^{[ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]} تدعم الكسب على قناة واحدة أو ثلاث قنوات. ^{[ 10 ]} يتم ترميز تنسيقي Ultra HDR وISO 21496-1 في نظام Android 15 في آنٍ واحد لضمان توافق HDR على أجهزة Android وiOS. ^{[ 9 ] [ 11 ]}
      • خريطة كسب أبل ، والتي لم يتم توثيقها بالكامل علنًا، على الرغم من توفر وثائق لفك تشفير هذه الصور. ^{[ 12 ]}
      • يتوافق بروتوكول AVIF مع خرائط الكسب، ولكن لا يوجد حاليًا أي مشفر متاح. ^{[ 14 ]}
    • تقنية النطاق الديناميكي الفائق ( EDR ) من آبل ، المستخدمة في نظامي macOS وiOS. ^{[ 15 ]} تشير آبل إلى تقنية EDR على أنها مزيج من الأجهزة والبرامج التي تسمح بعرض محتوى النطاق الديناميكي القياسي (SDR) والنطاق الديناميكي العالي (HDR) على نفس الشاشة. ^{[ 16 ]}
    • HEIC ( برنامج ترميز HEVC بتنسيق ملف HEIF )
    • AVIF ( برنامج الترميز AV1 بتنسيق ملف HEIF)
    • JPEG XR
    • JPEG XL ^{[ 17 ]}
    • HSP، CTA 2072 HDR Still Photo Interface (تنسيق تستخدمه كاميرات باناسونيك لالتقاط الصور بتقنية HDR مع وظيفة نقل HLG ) ^{[ 18 ]}
• التنسيقات التي تُستخدم فقط لأغراض التخزين، مثل:
  • تنسيقات الصور الخام
  • التنسيقات التي تستخدم دالة نقل خطية ذات عمق بت عالٍ
  • التنسيقات التي تستخدم دالة نقل لوغاريتمية
  • تم تطوير OpenEXR عام 1999 بواسطة شركة Industrial Light & Magic (ILM) وأُصدر عام 2003 كمكتبة برمجية مفتوحة المصدر . ^{[ 19 ] [ 20 ]} يُستخدم OpenEXR في إنتاج الأفلام والبرامج التلفزيونية . ^{[ 20 ]}
  • تنسيق صورة RGBE ، الذي ابتكره غريغوري وارد لارسون لنظام عرض Radiance ويستخدم على نطاق واسع في تصميم الإضاءة ومحاكاتها.
  • تم إنشاء نظام ترميز الألوان الأكاديمي (ACES) من قبل أكاديمية فنون وعلوم الصور المتحركة، وتم إصداره في ديسمبر 2014. ^{[ 21 ]} يُعد ACES نظامًا متكاملًا لإدارة الألوان والملفات، ويعمل مع جميع سير العمل الاحترافي تقريبًا، ويدعم كلاً من تقنية النطاق الديناميكي العالي (HDR) ونطاق الألوان الواسع . ^{[ 21 ]}

النطاق الديناميكي العالي (HDR) هو الاسم الشائع لتقنية تسمح بنقل مقاطع الفيديو والصور ذات النطاق الديناميكي العالي إلى شاشات العرض المتوافقة. كما تعمل هذه التقنية على تحسين جوانب أخرى من الصور المنقولة، مثل نطاق الألوان .

في هذا السياق،

• تشير شاشات HDR إلى الشاشات المتوافقة مع هذه التقنية.
• تشير تنسيقات HDR إلى تنسيقات مثل HDR10 و HDR10+ و Dolby Vision و HLG .
• يشير مصطلح فيديو HDR إلى فيديو مُشفّر بصيغة HDR. تتميز فيديوهات HDR هذه بعمق بت وإضاءة وحجم ألوان أكبر من فيديوهات النطاق الديناميكي القياسي (SDR) التي تستخدم منحنى غاما تقليدي . ^{[ 22 ]}

في 4 يناير 2016، أعلن تحالف Ultra HD عن متطلبات اعتماد شاشات HDR. ^{[ 23 ] [ 24 ]} يجب أن تتمتع شاشة HDR إما بسطوع ذروة يزيد عن 1000 شمعة/م² ^ومستوى سواد أقل من 0.05  شمعة/م² ⁽ نسبة تباين لا تقل عن 20000:1)، أو بسطوع ذروة يزيد عن 540  شمعة/م² ^ومستوى سواد أقل من 0.0005  شمعة/م² ⁽ نسبة تباين لا تقل عن 1080000:1). ^{[ 23 ] [ 24 ]} يتيح الخياران استخدام أنواع مختلفة من شاشات HDR، مثل شاشات LCD و OLED . ^{[ 24 ]}

تتضمن بعض الخيارات لاستخدام وظائف نقل HDR التي تتوافق بشكل أفضل مع النظام البصري البشري، بدلاً من منحنى غاما التقليدي، كلاً من HLG والمُكمِّم الإدراكي (PQ). ^{[ 22 ] [ 25 ] [ 26 ]} يتطلب كل من HLG وPQ عمق بت يبلغ 10 بتات لكل عينة. ^{[ 22 ] [ 25 ]}

يشير النطاق الديناميكي للشاشة إلى مدى سطوعها ، بدءًا من مستوى اللون الأسود وصولًا إلى ذروة سطوعها. أما تباين الشاشة فيشير إلى النسبة بين سطوع اللون الأبيض الأكثر سطوعًا وأغمق درجات اللون الأسود التي يمكن للشاشة عرضها. ^{[ 27 ]} وقد ساهمت تقنيات متعددة في زيادة النطاق الديناميكي للشاشات.

في مايو 2003، عرضت شركة برايت سايد تكنولوجيز أول شاشة عرض بتقنية النطاق الديناميكي العالي (HDR) في ندوة أسبوع العرض التي نظمتها جمعية عرض المعلومات . استخدمت الشاشة مجموعة من مصابيح LED يتم التحكم بها بشكل فردي خلف لوحة LCD تقليدية في تكوين يُعرف باسم " التعتيم الموضعي ". لاحقًا، قدمت برايت سايد مجموعة متنوعة من تقنيات العرض والفيديو ذات الصلة التي تُمكّن من عرض محتوى HDR. ^{[ 28 ]} في أبريل 2007، استحوذت شركة دولبي لابوراتوريز على برايت سايد تكنولوجيز . ^{[ 29 ]}

تتميز شاشات OLED بتباين عالٍ. تعمل تقنية MiniLED على تحسين التباين.

في سبعينيات وثمانينيات القرن العشرين، ابتكر ستيف مان الجيل الأول والثاني من "النظارات الرقمية" كوسيلة مساعدة بصرية لتحسين الرؤية، حيث تم دمج بعض النسخ منها في خوذات اللحام لتوفير رؤية عالية الوضوح (HDR). ^{[ 30 ] [ 31 ] [ 32 ] [ 33 ] [ 34 ] [ 35 ]}

في مجال الصوت، يشير مصطلح النطاق الديناميكي العالي إلى وجود تباين كبير في مستويات الصوت. هنا، يشير النطاق الديناميكي إلى المدى بين أعلى مستوى صوت وأدنى مستوى صوت.

تُستخدم تقنية XDR (الصوتية) لتوفير صوت عالي الجودة عند استخدام أنظمة الصوت بالميكروفون أو التسجيل على أشرطة الكاسيت.

تقنية الصوت عالي النطاق الديناميكي (HDR Audio) هي تقنية مزج ديناميكي تُستخدم في محرك EA Digital Illusions CE Frostbite Engine للسماح للأصوات العالية نسبيًا بتغطية الأصوات المنخفضة. ^{[ 36 ]}

يُعدّ ضغط النطاق الديناميكي مجموعة من التقنيات المستخدمة في تسجيل الصوت والاتصالات الصوتية، حيث يسمح بمرور مواد ذات نطاق ديناميكي عالٍ عبر قنوات أو وسائط ذات نطاق ديناميكي منخفض. ويمكن استخدام توسيع النطاق الديناميكي ، عند الحاجة، لاستعادة النطاق الديناميكي العالي الأصلي عند التشغيل.

في مجال الراديو، يُعدّ النطاق الديناميكي العالي ذا أهمية بالغة، لا سيما عند وجود إشارات قد تتداخل. وتُستخدم مقاييس مثل النطاق الديناميكي الخالي من التشويش لتحديد النطاق الديناميكي لمكونات النظام المختلفة، مثل مُركِّبات التردد. وتُعدّ مفاهيم النطاق الديناميكي العالي مهمة في تصميم كلٍّ من أجهزة الراديو التقليدية وأجهزة الراديو المُعرَّفة برمجياً .

في العديد من المجالات، تحتاج الأجهزة إلى نطاق ديناميكي عالٍ للغاية. على سبيل المثال، في علم الزلازل ، هناك حاجة إلى مقاييس تسارع ذات نطاق ديناميكي عالٍ، كما هو الحال في أجهزة ICEARRAY .