BenQ Blog

Wat is eigenlijk HDR?

Een kleur- en beelddynamiek, bijna als in de werkelijkheid!

BenQ
2019/10/02

Sinds een paar jaar kunnen we op de tv thuis, bij verschillende streamingaanbieders en in de thuisbioscoop net zo goed genieten van levendig beeld met hoge resolutie als in de bioscoop. Er zijn volop 4K-televisies, -projectoren en -displays verkrijgbaar. Maar vaak overheerst het gevoel dat de meeste fabrikanten het accent bij de verdere ontwikkeling vooral plaatsen bij HDR-technologie, met name in reclamefolders en advertenties. 


HDR is dus blijkbaar een “must-have” bij de keuze voor een nieuwe televisie of nieuw display. Maar wat doet HDR echt?


Om de technische samenhang rondom het onderwerp HDR duidelijk te kunnen maken, begint dit artikel met de basis. We leggen de belangrijke samenhang tussen beeldkwaliteit en display- of projectiekwaliteit uit en hopen daarmee te kunnen verduidelijken wat HDR inhoudt. Daardoor kunt u dan een op uw behoeftes afgestemde keuze maken tussen de voor u passende HDR-televisies en -projectoren. 

Is HDR op een televisie of beeldscherm hetzelfde als in de fotografie?

Sommigen van u zullen direct aan de HDR-modus van uw smartphonecamera denken bij het steekwoord “HDR”. Maar hoewel smartphones dezelfde naam gebruiken, is de HDR-modus anders dan die in de digitale HDR-fotografie en zijn er fundamentele verschillen met de HDR-technologie in televisies, projectoren en andere weergaveapparatuur.


De HDR-beeldbewerking van digitale foto's maakt gebruik van een eenvoudige, van oorsprong analoge, techniek: van hetzelfde motief worden meerdere foto's genomen met een verschillende belichtingsduur. Een reeks foto's, van sterk onderbelicht tot sterk overbelicht, wordt over elkaar gelegd. Door de verschillende tinten, helderheid, contrasten en kleuren te combineren ontstaat een totaalplaatje met sterke licht- en schaduwindrukken, dynamisch contrast en heel veel beelddiepte. Inmiddels bestaat daar geautomatiseerde software voor. Die kan deze methode vaak heel goed zelf uitvoeren of voorbereiden.


De camera van een smartphone voert deze taak automatisch uit. In de HDR-modus worden meerdere foto's met verschillende belichtingsduur gemaakt. Die worden daarna tot één foto met een zichtbaar grotere dynamiek samengevoegd, waarbij onder- en overbelichte onderdelen van de oorspronkelijke foto worden “gefixeerd”. Handmatig ingrijpen, zoals bij de digitale bewerking van een foto, is hierbij niet mogelijk.  


HDR voor projectoren, displays en televisies is een nieuwe norm, die bij (bewegende) beelden zorgt voor een groter dynamisch bereik (“High Dynamic Range”), krachtige contrasten en een gebalanceerde weergave van kleuren, glanslicht en schaduw. HDR zorgt voor een duidelijk zichtbaar verschil bij de details en vergroot de optische kwaliteit van het beeld qua natuurlijkheid en authenticiteit.

HDR in de digitale fotografie

HDR-beeld van een televisie

Wat is HDR en wat heeft het voor effect?

Het gaat bij HDR om levensechte kleuren, natuurgetrouwe lichtverhoudingen en om echte, duidelijk voelbare emoties!


Voor consumenten is bij de keuze van het meeste geschikte televisietoestel, computerbeeldscherm of ander weergaveapparaat één criterium bijzonder belangrijk: de (hopelijke “loepzuivere”) beeldkwaliteit.


Hogere displayresoluties, die vaak als doorslaggevend punt worden genoemd, zorgen niet altijd voor een hogere beeldkwaliteit.


Onze optische waarneming van beelden bestaat uit vier centrale factoren: helderheid, contrast, kleur en scherpte. Door verschillend geaccentueerde kleurnuances en contrasten wordt niet alleen de hele sfeer bepaald, maar ook wat wij voelen bij het bekijken van het beeld.


HDR (“High Dynamic Range”) geeft het beeld standaardmatig een duidelijk groter dynamisch bereik, bijvoorbeeld in vergelijking met een conventioneel Full-HD beeld. De functie zorgt vooral op moderne displays voor een bijzondere heldere en geaccentueerde weergave, met name door het precieze onderscheid tussen sterk verlichte highlights en contrastrijke schaduwen. Lichte gedeelten van het beeld zetten zich oplichtend, doch precies en duidelijk gedefinieerd af tegen donkerdere gedeelten. Die worden juist verzadigd, en donker tot echt zwart getoond.


Het oorspronkelijke en niet met HDR versterkte beeld wordt zo samengevoegd tot een natuurlijk, realiteitsgetrouw en “tastbaar” totaalbeeld, dat dicht in de buurt komt van wat we fysiek en natuurlijk met onze eigen ogen kunnen zien. HDR is dan ook een norm voor het uitgebreide dynamische bereik van een beeld. 


Maar wat is het dynamische bereik? In deze context is het dynamische bereik de verhouding tussen de lichtste en donkerste (beeld-)waarde die een televisie, beeldscherm etc. kan weergeven. Om het dynamische bereik groter te maken, moet het display heldere elementen helderder en lichter kunnen weergeven, donkere elementen juist sterker verzadigd en donkerder. Hoe groter dit bereik is en hoe meer kleur-, licht- en contrastaccenten gemaakt kunnen worden, des te briljanter zijn de prestaties van het scherm.


Realistische HDR-optimalisatie

Onvoldoende HDR-versterking

Wat is het verschil tussen HDR en SDR?

HDR komt overeen met het verschil tussen bijzonder heldere “lichten” en rijke contrasten in de “diepte” van het beeld. De functie zorgt er over het hele kleurspectrum voor dat lichtere beeldelementen niet worden “afgesneden” of “uitbreken” en dat kleine geaccentueerde details ook in donkere gedeelten van het beeld nog duidelijk herkenbaar zijn.


Voordat we uitleggen hoe HDR de beeldkwaliteit technisch verbetert, is het handig als we kort een andere videonorm behandelen. SDR (“Standard Dynamic Range”) is in hoofdzaak een mainstreamnorm voor videoproductie. Filmstudio's, productiemaatschappijen en displayfabrikanten houden zich alle aan deze norm. Ze oriënteren zich op de specifieke SDR-richtwaarden en ook elke normale televisie wordt geleverd met SDR-standaard. 


Toen de televisiebranche begon met het vastleggen van kwaliteits- en resolutienormen, stond de moderne displaytechniek nog in de kinderschoenen. Er waren geen of nauwelijks software- of hardware-oplossingen beschikbaar. Al bij de conceptontwikkeling en zeker later bij de productie van de apparatuur werden technische compromissen gemaakt, die bijzonder duidelijk zijn bij de beeldkwaliteit en -werking.


Dit wordt met name bij de beeldhelderheid duidelijk. In het begin was de norm voor de helderheid van televisies begrensd tot een maximale helderheid van 100 nits (“nit” = candela/m2). Deze norm bleef ook de volgende decennia onveranderd.


Er waren toen al wel televisies met een duidelijk hogere helderheid van ca. 250 tot 400 nit – maar de film- en televisiebranches bleven met de 'oude' norm werken. Daardoor werd belangrijke beeldinformatie en dus de daarop getoonde sfeer en emoties gecomprimeerd en in een zeer klein helderheidsbereik van 100 nit samengevat. Het effect van het gecomprimeerde beeld op een display was daardoor onrealistisch en onnatuurlijk.


Vergeleken met de SDR-weergave van het beeld op een conventionele tv levert HDR een duidelijk groter contrastbereik, ongelofelijk veel kleurnuances en daardoor ook meer subtiele details - zowel in lichte als in donkere beeldgedeelten. Daardoor is er in vergelijking met SDR een duidelijk grotere beelddynamiek en komt het beeld veel natuurlijker en opvallend origineelgetrouw over. Maar let op: er bestaan verschillende HDR-normen!


Gangbare HDR-normen: HDR10 en HLG

De momenteel meest gangbare normen zijn HDR10 en HLG. Tot nu toe wordt HDR10 vooral voor UHD Blu-Rays gebruikt. NHK en de BBC gebruiken daarentegen de televisienorm HLG. Let er daarom bij de keuze voor een televisie of beeldscherm op dat deze zowel HDR10 als HLG ondersteunt. Zo kunt u optimaal van al uw HDR-content genieten.

HLG (“Hydrid Log-Gamma”) is een HDR-norm voor televisiesignalen. De metadata van de inhoud wordt niet getransporteerd, of genegeerd, en het hangt dus af van de prestaties van het weergavetoestel hoe goed het beeld is. HDR10 is inmiddels ook in staat om metadata met het signaal mee te leveren. Als een display HDR10 ondersteunt, worden de metadata uitgelezen, een optimale IC-waarde bepaald en een natuurlijk en dynamisch HDR-beeld getoond.


HDR10 is op dit moment de meest gebruikte HDR-norm. Bijna alle displays die HDR beheersen, geven hun beeldinhoud intussen via HDR10 weer. HDR10 bereikt helderheidswaarden tot 1000 nit, dus het tienvoudige van de traditionele SDR-norm. Als een display dus HDR10 ondersteunt, kunt u uitkijken naar een kleurechte, levendige en realistische beeldweergave, met een enorme helderheid die de hele uitstraling van het beeld nog extra tot zijn recht laat komen.


Een hoge resolutie alleen maakt nog geen HDR – het gaat om contrasten

Voor de totale beeldkwaliteit is niet alleen de resolutie doorslaggevend – ook het contrastbereik heeft invloed op de kijkervaring.

Een groter en bovendien dynamischer contrastbereik tussen de lichtste en donkerste punten van het beeld zorgt voor een beeld dat voor het menselijk oog scherp, natuurlijk en precies lijkt. Daarom vinden we het beeld van een 4K HDR-display ook zo bijzonder scherp, helder en vooral (subjectief) beter gedefinieerd, hoewel de totale resolutie van het beeld helemaal niet vergroot wordt. Het sterkere contrast houdt onze oogzenuw dus voor de gek, wat een positieve effect heeft op de indruk die het beeld maakt.


 

De kracht van HDR-optimalisatie ligt in de verbeterde weergave van lichten en schaduwen van een beeld. Veel speciaal geproduceerde HDR-inhoud heeft sowieso al een heel groot contrastbereik. Voor ons als fabrikant zijn er daarom maar twee mogelijkheden om onze schermen en projectoren nog contrast-rijker te maken.


 

Enerzijds kan daarvoor de helderheid van bijzondere lichte en sterke belichte beeldgedeeltes worden verhoogd, anderzijds kunnen ook flitsen en (foutieve) te heldere tinten in donkere gedeeltes worden verminderd. Het is dus nodig dat HDR-displays per definitie een hogere maximale helderheid hebben dan conventionele displays of tv's zonder HRD-optie. Alleen op deze manier wordt het contrastbereik van HDR-inhoud ook echt groter. De tv of het display is voor 100% in staat HDR weer te geven en kan alle details van het beeldmateriaal scherp, levensecht, dynamisch en met fijne accenten weergeven.


Good to know: Kennis voor makers van HDR-content

Moderne digitale bioscoop- en fotocamera's hebben meestal een groter dynamisch bereik dan door de actuele displays met HDR-norm kan worden weergeven. Extra instellingen voor optimale HDR-weergave van het beeld zijn daarom niet nodig. Zelfs exemplaren van oude filmproducties – 50 of 60 jaar oud – kunnen tegenwoordig als “moderne” HDR-uitvoering worden opgeschaald, of - zoals de vakman zegt - geremasterd. Als in Hollywood al voor de opnames zeker is dat de hele film in HDR wordt opgenomen, moet de cameraman bijzonder goed opletten op een evenwichtige en voorzichtige belichting van de scène om over- of onderbelichting te vermijden.


 

Laten we ons een scène voorstellen waarin de dynamiek, details en dramaturgie door de uitstraling van een ruimte gemaakt en bepaald moeten worden. En dan stellen we ons voor dat de binnenruimte door het licht, dat door een zijraam invalt, lichter moet worden gemaakt. Normaal gesproken zou de cameraman er zeker voor kiezen om meer licht door het raam te laten schijnen. Zo zorgt hij enerzijds voor ideale lichtverhoudingen binnen en anderzijds verbergt hij wat er buiten gebeurt. Met deze traditionele methode wordt het beeldgedeelte rond het raam bewust deels overbelicht, waardoor het in SDR-beeld helderwit lijkt. Helaas zou dat voor een HDR-beeld, met duidelijk meer dynamiek en contrast, veel te licht worden. Het beeld komt dan niet meer natuurlijk en levendig over en verliest zijn uitstraling.


 

Daarom moeten de filmmethodes bij HDR-producties altijd optimaal op ons natuurlijke kijkvermogen worden afgestemd, is de juiste belichting van groot belang en moet er zo natuurlijk mogelijk worden opgenomen. Dan kan het eindresultaat indrukwekkend, contrastrijk en dynamisch HDR-beeld zijn. Behalve de precieze en op HDR afgestemde filmopname is ook de kleurcorrectie belangrijk om uitstekende HDR-beelden te kunnen maken. Daarom is een uiterst zorgvuldige postproductie nodig met milde kleurdetails en nuances. Daarmee worden de kleuren zo natuurlijk, levendig en verzadigd als in het origineel.


BenQ 4K HDR Beamer

TOP