สัญญาณช่วงไดนามิกสูง ( HDR ) หรือที่รู้จักกันในชื่อช่วงไดนามิกกว้างช่วงไดนามิกขยายหรือช่วงไดนามิกแบบขยายคือสัญญาณ ที่มี ช่วงไดนามิกสูงกว่าปกติ

คำนี้มักใช้ในการอธิบายช่วงไดนามิกของภาพ วิดีโอ เสียง หรือวิทยุ นอกจากนี้ยังอาจใช้กับวิธีการบันทึก ประมวลผล และสร้างสัญญาณดังกล่าวขึ้นใหม่ รวมถึงสัญญาณอนาล็อกและ ดิจิทัล ด้วย^{[ 1 ]}

ในบริบทนี้ คำว่าช่วงไดนามิกสูงหมายถึง มีความแปรผันของระดับแสงในฉากหรือภาพค่อนข้างมากช่วงไดนามิกหมายถึงช่วงความสว่างระหว่างบริเวณที่สว่างที่สุดและบริเวณที่มืดที่สุดของฉากหรือภาพนั้น

การถ่ายภาพช่วงไดนามิกสูง ( HDRI ) หมายถึงชุดของเทคโนโลยีและเทคนิคการถ่ายภาพที่ช่วยให้สามารถเพิ่มช่วงไดนามิกของภาพหรือวิดีโอได้ ครอบคลุมถึงการได้มา การสร้าง การจัดเก็บ การแจกจ่าย และการแสดงภาพและวิดีโอ^{[ 2 ]}

ภาพยนตร์สมัยใหม่มักถ่ายทำด้วยกล้องที่มีช่วงไดนามิกเรนจ์สูงกว่า และภาพยนตร์เก่าสามารถแปลงเป็น HDR ได้ แม้ว่าจะต้องมีการปรับแต่งด้วยตนเองในบางเฟรม (เช่น การแปลงภาพยนตร์ขาวดำเป็นสี) นอกจากนี้ เทคนิคพิเศษ โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่ผสมผสานภาพจริงและภาพสังเคราะห์ จำเป็นต้องใช้ทั้งการถ่ายทำและการเรนเดอร์ แบบ HDR วิดีโอ HDR ยังจำเป็นในแอปพลิเคชันที่ต้องการความแม่นยำสูงในการบันทึกแง่มุมเชิงเวลาของการเปลี่ยนแปลงในฉาก ซึ่งมีความสำคัญในการตรวจสอบกระบวนการทางอุตสาหกรรมบางอย่าง เช่น การเชื่อมโลหะ ในระบบช่วยขับขี่เชิงคาดการณ์ในอุตสาหกรรมยานยนต์ ใน ระบบ วิดีโอเฝ้าระวังและแอปพลิเคชันอื่นๆ

ในการถ่ายภาพและวิดีโอเทคนิคที่เรียกกันทั่วไปว่าช่วงไดนามิกสูง ( HDR ) ช่วยให้สามารถบันทึกช่วงไดนามิกของภาพถ่ายและวิดีโอได้เกินขีดความสามารถดั้งเดิมของกล้อง โดยประกอบด้วยการจับภาพหลายเฟรมของฉากเดียวกันแต่มีการเปิดรับแสง ที่แตกต่างกัน แล้วนำมารวมกันเป็นภาพเดียว ส่งผลให้ได้ภาพที่มีช่วงไดนามิกสูงกว่าเฟรมที่ถ่ายแต่ละเฟรม^{[ 3 ] [ 4 ]}

เซ็นเซอร์บางตัวในโทรศัพท์และกล้องถ่ายรูปสมัยใหม่ อาจรวมภาพสองภาพไว้ในชิปเดียวกันได้ ซึ่งทำให้ผู้ใช้สามารถแสดงผลหรือประมวลผลภาพที่มีช่วงไดนามิกกว้างขึ้นได้โดยตรงโดยไม่ต้องบีบอัดพิกเซล กล้องบางรุ่นที่ออกแบบมาเพื่อใช้ในงานด้านความปลอดภัย สามารถบันทึกวิดีโอ HDR ได้โดยการให้ภาพสองภาพขึ้นไปในแต่ละเฟรมโดยอัตโนมัติ พร้อมกับการปรับค่าแสง ตัวอย่างเช่น เซ็นเซอร์สำหรับวิดีโอ 30 เฟรมต่อวินาที จะให้ผลลัพธ์ 60 เฟรมต่อวินาที โดยเฟรมคี่จะมีเวลาเปิดรับแสงสั้น และเฟรมคู่จะมีเวลาเปิดรับแสงยาวขึ้น

เซ็นเซอร์ภาพCMOS สมัยใหม่สามารถจับภาพช่วงไดนามิกสูงได้จากการเปิดรับแสงเพียงครั้งเดียว^{[ 5 ]}ซึ่งช่วยลดความจำเป็นในการใช้เทคนิคการจับภาพ HDR แบบเปิดรับแสงหลายครั้ง

ภาพที่มีช่วงไดนามิกสูง (HDR) ถูกนำไปใช้ในงานที่มีช่วงไดนามิกสูงมาก เช่น งานเชื่อม หรือ งานด้านยานยนต์ ในกล้องวงจรปิด คำที่ใช้แทน HDR คือ "ช่วงไดนามิกกว้าง" (Wide Dynamic Range)

เนื่องจากคุณสมบัติที่ไม่เป็นเชิงเส้นของเซ็นเซอร์บางชนิด ภาพจึงอาจมีสิ่งผิดปกติเกิดขึ้นได้บ่อย

การเรนเดอร์ช่วงไดนามิกสูง (HDRR) คือการเรนเดอร์และการแสดงผลสภาพแวดล้อมเสมือนจริงแบบเรียลไทม์โดยใช้ช่วงไดนามิก 65,535:1 หรือสูงกว่า (ใช้ในเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ เกม และความบันเทิง) ^{[ 6 ]} HDRR ไม่จำเป็นต้องใช้จอแสดงผล HDRและเดิมทีใช้การแมปโทนเพื่อแสดงการเรนเดอร์บนจอแสดง ผลช่วงไดนามิกมาตรฐาน

เทคโนโลยีที่ใช้ในการจัดเก็บ ส่ง แสดงผล และพิมพ์ภาพ มีช่วงไดนามิกเรนจ์ที่จำกัด เมื่อภาพที่ถ่ายหรือสร้างขึ้นมีช่วงไดนามิกเรนจ์สูงกว่านั้น จะต้องปรับโทนสีเพื่อลดช่วงไดนามิกเรนจ์นั้นลง

รูปแบบไฟล์ภาพและวิดีโอที่มีช่วงไดนามิกสูง (High-dynamic-range) สามารถจัดเก็บช่วงไดนามิกได้มากกว่า รูปแบบ แกมมา 8 บิตแบบดั้งเดิม รูปแบบเหล่านี้ได้แก่:

• รูปแบบ HDRที่สามารถใช้ได้ทั้งสำหรับการจัดเก็บและการส่งข้อมูลไปยังจอแสดงผล HDR ได้แก่:
  • สำหรับวิดีโอ:
    • HDR10
    • HDR10+
    • ดอลบี้วิชั่น
    • HLG (สามารถใช้งานร่วมกับจอแสดงผล SDR ได้)
  • สำหรับรูปภาพ:
    • วิธีการ Gain mapคือการเพิ่มเลเยอร์การแปลงข้อมูลลงบนข้อมูล SDR ผลลัพธ์ที่ได้สามารถใช้งานร่วมกับจอแสดงผลและการจัดเก็บข้อมูล SDR ได้
      • ISO 21496-1 Gain Mapพัฒนามาจากการรวมข้อเสนอของ Apple และ Adobe ^{[ 7 ]} Apple ใช้ภายใต้ชื่อAdaptive HDRโดย ISO 21496-1 รองรับประเภทไฟล์หลักๆ เช่น JPEG, HEIC, AVIF, JXL เป็นต้น^{[ 8 ]}รองรับตั้งแต่macOS 15 , iOS 18 , iPadOS 18 , Android 15และเบราว์เซอร์ที่ใช้Chromium เป็นต้นไป ^{[ 9 ]}
      • Adobe Gain Mapคือภาพแผนที่เกนในไฟล์ภาพJPEG ^{[ 10 ]}ซึ่ง Google ใช้ในชื่อUltra HDRและ Samsung ใช้ในชื่อSuper HDR [ ^{11 ] [ 12 ] [ 13 ] รองรับ}เกนบน 1 หรือ 3 ช่องสัญญาณ^{[ 10 ]}รูปแบบ Ultra HDR และ ISO 21496-1 ถูกเข้ารหัสพร้อมกันใน Android 15 เพื่อความเข้ากันได้ของ HDR ระหว่างอุปกรณ์ Android และ iOS ^{[ 9 ] [ 11 ]}
      • Apple Gain Mapซึ่งไม่ได้มีการจัดทำเอกสารอย่างครบถ้วนในที่สาธารณะ แม้ว่าจะมีเอกสารให้ถอดรหัสภาพเหล่านี้ก็ตาม^{[ 12 ]}
      • AVIFสามารถใช้งานร่วมกับแผนที่เกนได้ แต่ปัจจุบันยังไม่มีตัวเข้ารหัส^{[ 14 ]}
    • Apple EDR (Extreme Dynamic Range) ใช้ใน macOS และ iOS ^{[ 15 ]} Apple เรียก EDR ว่าเป็นการผสมผสานระหว่างฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ที่ช่วยให้สามารถแสดงเนื้อหา SDR และ HDR บนหน้าจอเดียวกันได้^{[ 16 ]}
    • HEIC ( ตัวแปลงสัญญาณ HEVCในรูปแบบไฟล์HEIF )
    • AVIF ( ตัวแปลงสัญญาณ AV1ในรูปแบบไฟล์ HEIF)
    • เจพีอี เอ็กซ์
    • JPEG XL ^{[ 17 ]}
    • HSP, CTA 2072 HDR Still Photo Interface (รูปแบบที่ กล้อง Panasonic ใช้ สำหรับการถ่ายภาพในโหมด HDR ด้วยฟังก์ชันการถ่ายโอน HLG ) ^{[ 18 ]}
• รูปแบบไฟล์ที่ใช้สำหรับการจัดเก็บเท่านั้น เช่น:
  • รูปแบบไฟล์ภาพดิบ
  • รูปแบบที่ใช้ฟังก์ชันการถ่ายโอนเชิงเส้น ที่มี ความลึกของบิตสูง
  • รูปแบบที่ใช้ฟังก์ชันถ่ายโอนแบบลอการิทึม
  • OpenEXRถูกสร้างขึ้นในปี 1999 โดยIndustrial Light & Magic (ILM) และเผยแพร่ในปี 2003 ในฐานะไลบรารีซอฟต์แวร์โอเพนซอร์ส[ ^{19 ] [ 20 ] OpenEXR}ถูกใช้สำหรับการผลิตภาพยนตร์และโทรทัศน์^{[ 20 ]}
  • รูปแบบภาพ RGBEคิดค้นโดย Gregory Ward Larson สำหรับ ระบบเรนเดอร์ ภาพ Radianceและใช้กันอย่างแพร่หลายในการออกแบบและจำลองแสง
  • ระบบการเข้ารหัสสีของ Academy (ACES) ถูกสร้างขึ้นโดยAcademy of Motion Picture Arts and Sciencesและเปิดตัวในเดือนธันวาคม 2014 ^{[ 21 ]} ACES เป็นระบบการจัดการสีและไฟล์ที่สมบูรณ์แบบซึ่งใช้งานได้กับเวิร์กโฟลว์ระดับมืออาชีพเกือบทุกประเภท และรองรับทั้ง HDR และขอบเขตสีที่กว้าง^{[ 21 ]}

เทคโนโลยี HDR ( High Dynamic Range ) เป็นชื่อเรียกทั่วไปของเทคโนโลยีที่ช่วยให้สามารถส่งวิดีโอและภาพที่มีช่วงไดนามิกสูงไปยังจอแสดงผลที่รองรับได้ เทคโนโลยีนี้ยังช่วยปรับปรุงด้านอื่นๆ ของภาพที่ส่งผ่าน เช่นขอบเขตสี (color gamut ) ด้วย

ในบริบทนี้

• จอแสดงผล HDRหมายถึงจอแสดงผลที่รองรับเทคโนโลยีดังกล่าว
• รูปแบบ HDR หมายถึงรูป แบบต่างๆ เช่นHDR10 , HDR10+ , Dolby VisionและHLG
• วิดีโอ HDRหมายถึงวิดีโอที่เข้ารหัสในรูปแบบ HDR วิดีโอ HDR เหล่านี้มีความลึกของบิต ความสว่าง และปริมาณสีมากกว่า วิดีโอ ช่วงไดนามิกมาตรฐาน (SDR) ซึ่งใช้เส้นโค้งแกมมาแบบ ดั้งเดิม ^{[ 22 ]}

เมื่อวันที่ 4 มกราคม 2559 Ultra HD Alliance ได้ประกาศข้อกำหนดการรับรองสำหรับจอแสดงผล HDR ^{[ 23 ] [ 24 ]}จอแสดงผล HDR ต้องมีความสว่างสูงสุดมากกว่า 1000 cd/m² ^และระดับสีดำน้อยกว่า 0.05 cd/ ^m² ( อัตราส่วนคอนทราสต์อย่างน้อย 20,000:1) หรือความสว่างสูงสุดมากกว่า 540 cd/m² ^และระดับสีดำน้อยกว่า 0.0005 cd/m² ⁽อัตราส่วนคอนทราสต์อย่างน้อย 1,080,000:1) ^{[ 23 ] [ 24 ] ตัวเลือกทั้งสองนี้อนุญาตให้ ใช้}จอแสดงผล HDR ประเภทต่างๆ เช่นLCDและOLED ^{[ 24} ]

ตัวเลือกบางอย่างในการใช้ ฟังก์ชันการถ่ายโอน HDR ที่เข้ากับระบบการมองเห็น ของมนุษย์ได้ดี กว่าเส้นโค้งแกมมาแบบดั้งเดิม ได้แก่ HLG และตัวควอนไทเซอร์เชิงการรับรู้ (PQ) ^{[ 22 ] [ 25 ] [ 26 ]} HLG และ PQ ต้องการความลึกของบิต 10 บิตต่อตัวอย่าง^{[ 22 ] [ 25 ]}

ช่วงไดนามิกของจอแสดงผลหมายถึงช่วงความสว่างที่จอแสดงผลสามารถสร้างขึ้นได้ ตั้งแต่ระดับสีดำไปจนถึงความสว่างสูงสุดความคมชัดของจอแสดงผลหมายถึงอัตราส่วนระหว่างความสว่างของสีขาวที่สว่างที่สุดและสีดำที่มืดที่สุดที่จอภาพสามารถสร้างได้^{[ 27 ]}เทคโนโลยีหลายอย่างช่วยให้สามารถเพิ่มช่วงไดนามิกของจอแสดงผลได้

ในเดือนพฤษภาคม พ.ศ. 2546 BrightSide Technologiesได้สาธิตจอแสดงผล HDR ครั้งแรกในงาน Display Week Symposium ของSociety for Information Displayจอแสดงผลนี้ใช้อาร์เรย์ของ LED ที่ควบคุมแยกกันด้านหลังแผง LCD ทั่วไปในรูปแบบที่เรียกว่า " local dimming " ต่อมา BrightSide ได้แนะนำเทคโนโลยีจอแสดงผลและวิดีโอที่เกี่ยวข้องหลากหลายชนิดที่ช่วยให้สามารถแสดงเนื้อหา HDR ได้^{[ 28 ]}ในเดือนเมษายน พ.ศ. 2550 BrightSide Technologies ถูกซื้อกิจการโดยDolby Laboratories ^{[ 29 ]}

จอแสดงผล OLEDมีความคมชัดสูง ส่วนMiniLEDช่วยเพิ่มความคมชัดให้ดียิ่งขึ้น

ในช่วงทศวรรษ 1970 และ 1980 สตีฟ แมนน์ได้คิดค้น "แว่นตาดิจิทัล" รุ่นที่ 1 และรุ่นที่ 2 เพื่อเป็นอุปกรณ์ช่วยในการมองเห็นให้ผู้คนมองเห็นได้ดีขึ้น โดยบางรุ่นถูกติดตั้งไว้ในหมวกเชื่อมโลหะเพื่อการมองเห็นแบบ HDR ^{[ 30 ] [ 31 ] [ 32 ] [ 33 ] [ 34 ] [ 35 ]}

ในด้านเสียง คำว่าช่วงไดนามิกสูงหมายถึงระดับเสียงที่มีความผันแปรมาก ในที่นี้ช่วงไดนามิกหมายถึงช่วงระหว่างระดับเสียงสูงสุดและระดับเสียงต่ำสุด

XDR (เสียง)ใช้เพื่อให้ได้คุณภาพเสียงที่ดีขึ้นเมื่อใช้ระบบเสียงไมโครโฟนหรือบันทึกเสียงลงบนเทปคาสเซ็ต

HDR Audio เป็นเทคนิคการผสมเสียงแบบไดนามิกที่ใช้ในEA Digital Illusions CE Frostbite Engineเพื่อให้เสียงที่ดังกว่าสามารถกลบเสียงที่เบากว่าได้^{[ 36 ]}

การบีบอัดช่วงไดนามิก (Dynamic Range Compression ) คือชุดเทคนิคที่ใช้ในการบันทึกเสียงและการสื่อสารเพื่อส่งผ่านข้อมูลที่มีช่วงไดนามิกสูงไปยังช่องสัญญาณหรือสื่อที่มีช่วงไดนามิกต่ำกว่า นอกจากนี้ อาจใช้ การขยายช่วงไดนามิก (Dynamic Range Expansion)เพื่อคืนค่าช่วงไดนามิกสูงดั้งเดิมในการเล่นซ้ำ

ในงานวิทยุ ช่วงไดนามิกเรนจ์สูงมีความสำคัญอย่างยิ่ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมีสัญญาณรบกวน มาตรการต่างๆ เช่น ช่วงไดนามิกเรนจ์ที่ปราศจากสัญญาณรบกวน (Spurious-Free Dynamic Range หรือ HDR) ถูกนำมาใช้เพื่อวัดปริมาณช่วงไดนามิกเรนจ์ของส่วนประกอบต่างๆ ในระบบ เช่น เครื่องสังเคราะห์ความถี่ แนวคิด HDR มีความสำคัญทั้งในการออกแบบ วิทยุแบบดั้งเดิมและวิทยุที่กำหนดโดยซอฟต์แวร์

ในหลายสาขา เครื่องมือวัดจำเป็นต้องมีช่วงไดนามิกที่สูงมาก ตัวอย่างเช่น ในด้านแผ่นดินไหววิทยาจำเป็นต้องใช้เครื่องวัดความเร่งแบบ HDR เช่นเดียวกับเครื่องมือ ICEARRAY

• Rec. 2100 – ข้อแนะนำของ ITU-R สำหรับ HDR
• Ultra HD Forum – องค์กรที่กำหนดมาตรฐานสำหรับ HDR
• พื้นที่สี
• การปรับแต่งสี

• "เทคโนโลยี High Dynamic Range (HDR) บนกราฟิก Intel" (PDF) . บริษัท Intel. พฤศจิกายน 2017.
• คู่มือสำหรับรูปแบบภาพ HDR จาก Greg Benz Photography