WWDC23：HDR写真のエンコードと表示に関する仕様が、国際標準化機構で承認される
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Support HDR images in your app
WWDC23において、アプリでハイダイナミックレンジ（HDR）静止画を識別、読み込み、表示、作成する方法を紹介するセッション「Support HDR images in your app」が公開されています。
物理的な世界では、人間は目の適応能力のおかげで、非常に広い範囲の光量を認識することができます。一方、標準的なダイナミックレンジ（SDR）ディスプレイは、限られた範囲の光しか作り出すことができません。
そのため、あるシーンの画像を撮影する際には、幅広い光量をSDRの小さな範囲に圧縮する必要があります。
しかし、ハイダイナミックレンジ（HDR）ディスプレイであれば、圧縮することなく、より広い範囲の光を表示することができます。そのため、より原画に近い、明るく鮮やかな映像を表示することができます。
ハイダイナミックレンジを撮影する機能は以前からありましたが、これまでは撮影した範囲をSDRの表示範囲に圧縮する必要があったのです。
しかし、HDRディスプレイで表示すると、より本来の姿に近い表現ができるようになります。
Display headroom
HDRの範囲を持つディスプレイを使えば、シーンの一部をSDRの最も明るい白よりも明るく表現することができるのです。
これは一般的にヘッドルームと呼ばれるものです。
このパラダイムでは、リファレンスホワイトとは、SDRディスプレイが生成したであろう最も明るい白のことで、それ以上はヘッドルームとなります。
HDR写真
HDRの実例を紹介します。窓の前に座る人物を撮影したこのSDR画像は、本の紙の白が基準白のすぐ下にあるときにきれいに見えます。
窓のような明るいものは、ロールオフされるかクリップされます。しかし、HDRで表示することができれば、ハイライトのディテールがより鮮明になり、シーン全体のコントラストをより確実に保持することができるようになります。これが、HDRに対応することで得られるメリットです。
では、なぜHDR画像に対応するのでしょうか？ユーザーが作成したコンテンツや提供したコンテンツが重要なアプリを作成している場合、HDRをサポートすることで、その体験をさらに良いものにすることができます。
ISO/TS 22028-5
HDRのサポートは、ほぼすべてのAppleのプラットフォームで利用可能であり、Appleの素晴らしいディスプレイハードウェアを最大限に活用できるようにするために、これらのAPIを導入しました。
HDRのサポートを今検討すべきもう一つの重要な理由は、Appleが写真技術委員会を通じて国際標準化機構と協力し、HDR画像に関する新しい技術仕様を今年中に公開することです。
この「TS22028-5」という仕様は、HDRコンテンツを既存の静止画フォーマットに品質を落とさずにエンコードするための構造を提供するものです。
ISO HDR
HDRビデオ、キャプチャ、ディスプレイなど、他のHDRの形態との混同を避けるため、このISO仕様に従ったHDR画像を「ISO HDR」と呼ぶことにします。
先ほどのスケールを思い出すと、sRGBやDisplay P3などの一般的なSDR画像では、白と黒を0.2、80カンデラ/m2平方と定義されています。
一方、ISO HDRでは、黒とデフォルトの基準白を、それぞれ.0005と203と定義しています。 それぞれ0005と203と定義し、203以上はヘッドルームとなります。
ISO HDR image files
では、この新しい画像ファイルには何が入っているのでしょうか？この仕様では、エンコーディングの伝達関数として、HLG（Hybrid Log-Gamma）またはPQ（Perceptual Quantizer）を要求しています。
これらは、SDR画像で使用されるガンマカーブに機能的に類似しています。
ISO HDRファイルのカラープリマリーは、BT.2020プライマリーです。これは広色域の色空間であり、これまではビデオにのみ一般的に使用されていました。
バンディングの問題を避けるため、HDR画像はコンポーネントごとに10ビット以上であることが要求されます。
このため、HEIFのようにHDRを符号化できるフォーマットもあれば、従来のJPEGのようにコンポーネントあたり8ビットしかサポートしていないため、22028-5に準拠できないフォーマットもあります。
また、必要なメタデータについては、従来のICCプロファイルとCICPタグの両方が有効です。
これらの要件を合わせて、新しいISO HDRファイルを定義します。
ISO HDR optional metadata
ISO HDRファイルには、さらにいくつかのオプションのメタデータフィールドがあります。
参照環境タグは、コンテンツの参照条件のための環境条件を定義します。
diffuse white luminanceは、このコンテンツの基準白がどこに該当するかを定義します。デフォルトは先程の203です。
scene-referredタグは、HLGがトランスファーカーブである場合に使用できます。このタグは、画像コンテンツがシーン参照であるか、ディスプレイ参照であるかを定義します。このタグのデフォルト値はディスプレイ参照です。
マスタリングタグとコンテンツカラーボリュームタグは、既存のHDRビデオに共通で、画像に存在する色域に関する情報を定義します。
最後に、コンテンツライトレベルタグは、画像内のシーンの光量に関する情報を提供します。
Gain Map HDR
2020年以降、何兆枚ものiPhone画像が、SDR画像からHDR表現を再構築できる追加データとともにキャプチャされています。このタイプのHDRを「Gain Map HDR」と呼んでいます。
Appleは、アプリでこのHDR表現にアクセスするための新しいAPIを紹介し、写真ライブラリにあるあらゆる世代のゲインマップHDRから、素晴らしいHDR画像を表示するオプションを提供します。
