technorgb: HDRモニタとSDRモニタの見え方

ダイナミックレンジ

ダイナミックレンジとはそのモニタが出せる最大輝度（白を表示）と最低輝度（黒を表示）の比率のこと。
ダイナミックレンジのイメージ

SDRモニタとはスタンダードダイナミックレンジの略でHDRモニタではない今までのモニタのことを言う。
同時に出すことのできるダイナミックレンジが重要。
バックライトで全体的に明るくしたり暗くして最大輝度や最低輝度としているものは同時に出せるダイナミックレンジとは違うので注意。

例えば最大輝度が100[cd/㎡]、最低輝度が1[cd/㎡]ならダイナミックレンジは100:1となる。

この時最大輝度を200[cd/㎡]まで上げられれば200:1となる

一方最大輝度を0.5[cd/㎡]まで下げることができれば同じ200:1となる。

見る環境が適切なら両者の印象はほぼ変わらない

前者は電力が増えるのがデメリットだが明るい環境でもよく見える。

後者は電力は増えないが暗い環境で見ないと効果を得られない。

室内の電気を消すとpcモニタの暗部の諧調が良く見えるようになるのはモニタ本来の黒が見えるようになるから。

あるPCモニタを室内の照明を消して計測した白と黒の輝度は100[cd/㎡],0.25[cd/㎡]。 400:1

照明をつけたところ白と黒の輝度は3[cd/㎡]上がり103[cd/㎡],3.25[cd/㎡]。 32:1まで減る

HDRとSDRの違いをグラフで比較

個人的にはHDRモニタはダイナミックレンジが広がったことは良いのだが、それよりも「実際のSDRモニタ」よりも素直な出力になっているところが良いと思っている。（最近のSDRもダイナミックレンジは高い）

ここの例で示した「実際のSDR」は「理想的なSDR」よりも明るいが、暗部を明るくしていないことが問題である。
このようにSDRのTVモニタではコントラストが強い傾向がある。
PCモニタではあまりこのようなことは起きないがTVモニタではよくあること。
ニュートラル等の設定であれば「理想的なSDR」に近いが、ダイナミック等の設定ではコントラストが強く表示される
SDRモニタは年々ダイナミックレンジが上がりコントラストは機種ごとに違う。

SDRの規格では１.0までの値を相対的に扱うことしかできないいため1.0上の明るさを定義して制御するような規格がなかったことが問題だった。
なのでHDRが規格化される必要があったのだと思う。

ダイナミックレンジが10倍のSDRモニタがあったとする

もとデータは100:1だとする

↓高輝度を使わなければ問題ない

　→　

↓全体的に明るくても問題ない

　→　

これでも同じ100:1

↓実際にはダイナミックレンジが引き延ばされコントラストが強く表示される

　→　

PCで作業して画像をTVモニタに出すとこのような傾向になるのはこのため。

HDRとSDRの違いを画像で比較

ここではHDRを表現するため全ての画像の輝度を下げて説明する。

SDRの最大輝度を100[cd/㎡]とし、HDRの最大輝度を1000[cd/㎡]とする。

そのため以下の画像は全て1/10の明るさで表示する（カメラ露出1/10に固定してTV画面を撮影したようなイメージ）

HDR	理想のSDR	実際のSDR	実際のSDRで正しく見える補正


1以上の値を表示できる。 2017年現在では高輝度なHDRモニタはSDRモニタの10倍くらいの明るさを表示できる（1000[cd/㎡]） HDRモニタは諧調も豊富で色空間も広い。この画像では明るさの違いを見たいので色は変えていない	今までの通常のモニタのこと。 PCモニタはこれに近い。 PCモニタの場合は最大輝度を80～200[cd/m²]の間に設定されていることが多い（sRGBの規格では白は80 [cd/m²]となっている）この画像はHDRと比較するため0.1が最大値（sRGBγ補正後の8bit値89）	実際のTVモニタは輝度はHDRには及ばないがとても明るい（この場合HDRの半分の明るさまで表示された）この例では1.0の入力が5.0と５倍になっているが。暗部ほど倍率が下がっているため暗部は明るくされていない。（更に暗くされることもある）よってコントラストが強調される。 TVの画質の調整項目の「ダイナミック」のような設定だと特にこの特性に近くなるここではHDRと比較するため0.5が最大値（sRGBγ補正後の8bit値188）	ここでのSDRモニタは明るさ５倍なのでソースのHDRの明るさを1/5にした。そしてモニタ特性の逆カーブを与えてデータを補正しすることで正しく表示することができた。モニタごとに特性が違うのでこれを全てのモニタで正しくすることは難しいが、平均的にみて明るさを約1/2～1/3にするのが良いみたい。コントラストの逆補正カーブの調整はコンテンツの再生前に簡易的な調整項目からある程度は合わせられるかもしれない

HDR対応のPCとHDRモニタを使用して、HDRとSDRの見た目を切り替えて比較するとHDRの高輝度部分がとてもよく見えることに感動するのだが、これは理想のSDRと比べているからで、
実際のSDRのTVモニタでは上の例のようにブーストされ明るくなり、HDRとの違いをそれほど感じないことが多い。さらにコントラストの強いギトギトした画像になりやすく、良い言い方をすると、「派手な見た目」とか「コントラストが高くてよい」と表現される。
場合によってはHDRよりSDRのほうが綺麗といった誤解を生むことも多い。

このようなSDRモニタが蔓延していたので映像制作者の意図したコントラストを表示することは難しかったが、今後HDR規格が普及してくればこの辺りも改善されると思う。

別の比較画像

HDRのイメージ

「SDR（理想的）」のイメージ

「実際のSDR」のイメージ（ダイナミック系）

今回テストしたHDR画像
hdr_sample_sRGB.exr

今回SDRの明るさをHDRの見た目に合わせる実験をしたTVは「KJ-65Z9D」。
簡易的な計測だがイメージとしてこんな感じ。（HDRの輝度を1.0とした時の比較）

実際の見た目を考慮したもの

「SDRグラフィック」: 画質設定は「グラフィック」にしたもので理想的なSDRに近い
「SDRダイナミック」: 画質設定は「ゲーム」にしたもので輝度もかなり高くガンマ値1.35くらいの強いコントラストとなった。

2017年現在のHDRモニタのは最大輝度1000[cd/㎡]程度でSDRのTVモニタは輝度が300[cd/㎡]くらいあり、高いものだと500[cd/㎡]出ているものもある。このモニタは700[cd/㎡]も出ていた
なのでSDRの明るさとHDRの明るさの見た目を近づける場合はこのことから、
SDRをHDRの明るさに近づける場合は出力を1/2～1/3くらいに暗くするのがよい。
HDRをSDRの明るさに近づける場合は2～3倍明るくするのが良い。