높은 동적 범위

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1. 개요

높은 동적 범위(HDR)는 이미지 및 영상에서 가장 밝은 영역과 가장 어두운 영역 사이의 광도 범위를 나타낸다. HDRI(High Dynamic Range Imaging)는 이미지 또는 비디오의 동적 범위를 증가시키는 기술 및 기법을 의미하며, 획득, 생성, 저장, 배포 및 표시를 포함한다. HDR 기술은 카메라의 기본 기능 이상으로 사진과 비디오의 동적 범위를 캡처하는 데 사용되며, 여러 프레임을 결합하여 더 넓은 동적 범위를 가진 이미지를 생성한다. HDR 렌더링은 65,535:1 이상의 동적 범위를 사용하여 가상 환경을 실시간으로 렌더링하며, 컴퓨터, 게임 및 엔터테인먼트 분야에서 활용된다.

높은 동적 범위

높은 동적 범위 (HDR)

유형	이미지 처리 기술
설명	이미지의 동적 범위를 확장하는 기술
용도	사진 컴퓨터 그래픽스 디스플레이 기술

기술적 측면

원리	여러 노출의 이미지 결합
이미지 획득	다중 노출 촬영 특수 센서 사용
이미지 처리	톤 매핑 색역 매핑
저장 형식	OpenEXR Radiance HDR TIFF (일부)

응용 분야

사진	풍경 사진 인테리어 사진
컴퓨터 그래픽스	영화 비디오 게임
디스플레이 기술	HDR 모니터 HDR 텔레비전

역사

최초 보고	동일 장면의 다중 사진을 디지털 방식으로 결합하여 동적 범위를 개선한 최초 보고는 Mann이 한 것으로 보인다.
발전	컴퓨터 성능 향상 및 알고리즘 개선으로 발전

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1. 개요
2. 이미징
- 2.1. 캡처
- 2.2. 렌더링

2. 이미징

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높은 동적 범위(High Dynamic Range, HDR)는 이미지나 비디오에서 장면 내 조명 수준의 큰 변화를 의미한다. 동적 범위는 해당 장면이나 이미지의 가장 밝은 영역과 가장 어두운 영역 사이의 광도 범위를 나타낸다.

HDRI(High Dynamic Range Imaging)는 이미지 또는 비디오의 동적 범위를 증가시킬 수 있는 일련의 이미징 기술 및 기법을 의미하며, 이미지와 비디오의 획득, 생성, 저장, 배포 및 표시를 다룬다.

현대 영화는 더 높은 동적 범위를 갖춘 카메라로 촬영되는 경우가 많으며, 기존 영화도 변환할 수 있다. 특수 효과, 특히 실제 영상과 합성 영상을 혼합하는 경우에는 HDR 촬영과 렌더링이 모두 필요하다. HDR 비디오는 용접, 자동차 산업의 예측 운전자 지원 시스템, 감시 비디오 시스템 등 장면 변화를 정확하게 캡처해야 하는 응용 프로그램에도 사용된다.

2.1. 캡처

사진 및 비디오 촬영에서 HDR(하이 다이내믹 레인지) 기술은 카메라의 기본 기능을 넘어선다. 이 기술은 동일한 장면에 대해 노출이 다른 여러 프레임을 캡처하고 결합하여, 각각의 프레임보다 더 높은 동적 범위의 이미지를 만든다.

최신 휴대폰과 카메라는 칩에 두 이미지를 결합하기도 한다. 이를 통해 픽셀 내 압축 없이 더 넓은 동적 범위를 사용자에게 제공한다.

보안용 카메라는 각 프레임에 대해 노출을 변경하며 두 개 이상의 이미지를 자동으로 제공하여 HDR 비디오를 캡처한다. 예를 들어, 30fps 비디오용 센서는 짧은 노출 시간에 홀수 프레임을, 긴 노출 시간에 짝수 프레임을 사용하여 60fps를 제공한다.

최신 CMOS 이미지 센서는 단일 노출로 높은 동적 범위의 이미지를 캡처할 수 있어, 다중 노출 HDR 캡처 기술의 필요성이 줄어든다.

높은 동적 범위 이미지는 용접이나 자동차 작업과 같이 극단적인 동적 범위가 필요한 분야에 사용된다. 보안 카메라에서는 HDR 대신 "와이드 다이나믹 레인지"라는 용어를 사용한다.

일부 센서의 비선형성으로 인해 이미지 아티팩트가 발생할 수 있다.

2.2. 렌더링

하이 다이내믹 레인지 렌더링(HDRR)은 65,535:1 이상의 동적 범위를 사용하여 가상 환경을 실시간으로 렌더링하고 표시하는 것이다. 이는 컴퓨터 게임 및 엔터테인먼트 기술 분야에서 활용된다.