ハイダイナミックレンジイメージ
解説
ハイダイナミックレンジ (HDR) 画像は輝度幅が広く、実際の明るさを表現することが可能であるため、照明シミュレーションや3次元コンピュータグラフィックス (3DCG) 、コンピュータゲームなどに使われている。
HDR画像で使われるHalf Float (FP16) や各色12ビットのPQカーブ (SMPTE ST 2084) は、ディザリング処理が無くてもカラーバンディングが見えないようになっている。
歴史
非ハイダイナミックレンジ (スタンダードダイナミックレンジ、SDR) の画像形式は、ブラウン管 (CRT) のディスプレイで表示する際に十分な明暗や色のデータを持つよう設計されてきた。そのため、画像の色空間はsRGB色空間 (ガンマ約2.2、黒色点輝度1cd/m²、白色点輝度80cd/m²) やRec. 709色空間 (ガンマ2.4、白色点輝度100cd/m²) となっていた。1998年、Adobeはよりダイナミックレンジの広いAdobe RGB色空間 (ガンマ約2.2、黒色点輝度0.5557cd/m²、白色点輝度160cd/m²) をPhotoshopに搭載し、その色空間は印刷業界で標準的に使われるようになった。なお、トーンマッピングや露光融合などによりハイダイナミックレンジデータをSDR画像形式へと詰め込むことも行われている。
一方、建築可視化や3DCGにおいては、現実の照明をコンピューター上で再現するために、現実世界の明暗 (闇夜から太陽光まで) の記録が必要となった。そのため、照明シミュレーションソフトウェア「Radiance」において、独自ハイダイナミックレンジ画像であるRadiance HDR形式 (*.hdr) が作られた。Radiance HDR形式は浮動小数点数を元にしているものの、その指数を赤 (R)/緑 (G)/青 (B)の三色で共有している (RGBE方式) ため、精度の問題が存在した。一方、TIFF形式は32bit浮動小数点数画像に対応していたものの、サイズが大きいという欠点があった。インダストリアル・ライト&マジック (ILM) 社は新たに16bit浮動小数点数画像 (Half Float) へと対応するOpenEXR形式を開発し、1999年にそれをオープンソースとして公開した。その後、Adobeは同社のTIFF実装を拡張して、OpenEXRと同等のHalf Float画像へと対応させた。浮動小数点数を元にしたHDR画像形式はリニアガンマ (ガンマ1.0) が基本となっている。
ゲームにおいてもHDRのレンダーパイプラインが使われるようになり、テクスチャマッピングに向けてHDRテクスチャ圧縮方式のBC6H (Direct3D 11以降) / BPTC_FLOAT (OpenGL 4.2以降)が登場した。ファイル形式は一般的なテクスチャと同じDDS形式やKTX形式となる。
また、フィルムのデジタル加工 (デジタル・インターミディエイト) のために、フィルムの特性に合うLogガンマを用いた画像形式が登場した。CineonシステムのためにCineon形式 (.cin)が作られ、それが標準化されてDigital Picture Exchange (DPX) 形式となった。これらは一般的なSDR画像より輝度幅が広いものの、一般的なHDR画像より輝度幅が狭いため、ミディアムダイナミックレンジ (MDR) 形式と呼ばれている。また、Logガンマをハイダイナミックレンジに適用させた形式として、Logluv TIFFが登場した。Logガンマの掛かった画像は基本的に、加工の前にルックアップテーブル (LUT)などでリニアガンマ (ガンマ1.0)へと戻す必要がある。
2010年代になると民生用のHDRディスプレイが登場し、スマートフォンにもHDRディスプレイが搭載されるようになり、HEIF形式やAVIF形式などのHDRへと対応する一般的な画像形式が登場した。これらは知覚に基づくPQカーブ (SMPTE ST 2084) などを用いており、加工向けではなく表示向けとなっている。