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Was ist High Dynamic Range (HDR)?

| Autor / Redakteur: Laimingas / Sarah Nollau

Grundlagenwissen zum IT-Business
Grundlagenwissen zum IT-Business (Bild: © adiruch na chiangmai - Fotolia.com)

High Dynamic Range (HDR) ist ein Verfahren der Bildaufnahme und -wiedergabe, das die Darstellung großer Helligkeitsunterschiede und Kontraste ermöglicht. Die Technologie liefert Bilder in brillanter Qualität, die besonders lebensecht wirken.

Ein HDR-Bild kann entweder mit einer speziellen Kamera aufgenommen, als 3D-Grafik oder aus einer Belichtungsserie von Fotos erzeugt werden, die nur einen geringen Dynamikumfang aufweisen (LDR = Low Dynamic Range). Für die Anzeige sind besondere Geräte erforderlich, da HDR-Bilder auf herkömmlichen Monitoren und Displays nicht unmittelbar dargestellt werden können. In solchen Fällen muss erst eine Umwandlung in LDR erfolgen, bei der die Helligkeitskontraste reduziert werden. Man bezeichnet dies als Tone Mapping oder Dynamikkompression. Das Verfahren High Dynamic Range hilft dabei, Unter- und Überbelichtungen zu vermeiden und einzelne Details der Aufnahme besser darzustellen.

Funktionsprinzip von High Dynamic Range

Die drei Farbkanäle Rot, Brün und Blau weisen bei normalen digitalen Bildern jeweils 256 Helligkeitsstufen – das entspricht 8 Bit – auf. Häufig genügt das nicht, um Helligkeitsunterschiede und Kontraste ausreichend wiederzugeben. Herkömmliche Bildschirme, aber auch Druckmedien, können höhere Farbtiefen nicht erzeugen, weshalb diese bisher auch so gut wie nicht verwendet werden.

Der Dynamikumfang einer Kamera wird als Verhältnis von größter und kleinster Leuchtdichte beschrieben, in der Regel in einem Verhältnis von 10.000:1. Je nach den Lichtverhältnissen kann der Dynamikumfang aber deutlich höher sein. Das menschliche Auge ist in der Lage, Lichtverhältnisse in fast zehn solcher Größenordnungen wahrzunehmen. Ein HDR-Bild kann den natürlichen Helligkeitsumfang besser erfassen und wiedergeben, auch wenn es nur auf einem herkömmlichen Display angezeigt wird.

Bilderzeugung im HDR-Verfahren

Die ersten Spezialkameras mit Bildsensoren, die einen hohen Dynamikumfang erzeugen können, sind bereits auf dem Markt. Allerdings sind sie sehr teuer und können nicht alle natürlichen Lichtszenarien komplett abdecken. Hier ist die technische Entwicklung noch nicht abgeschlossen.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, HDR-Bilder mittels einer Belichtungsreihe aus mehreren Aufnahmen zu erzeugen. Dabei wird ein Teil des Motivs auf jedem Einzelbild korrekt belichtet. Anschließend erzeugt eine Software aus den einzelnen Aufnahmen ein High-Dynamic-Range-Bild. Dieses Verfahren ist bereits mit normalen Digital- und Smartphone-Kameras möglich. Voraussetzung für ein vernünftiges Ergebnis ist, dass sich das Motiv zwischen den Einzelaufnahmen nicht bewegt.

Die dritte Möglichkeit ist HDR-Rendering (HDRR) und bezieht sich auf Computergrafiken. Dynamikumfang und Präzision sind hier abhängig von der Leistungsfähigkeit der Grafikkarte in einem Rechner. HDRR macht vor allem Sinn bei der Erstellung Computerspielen, wo es zu häufigeren Wechseln zwischen dunklen und hellen Bildszenen kommt.

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