A resposta curta é não, não é possível criar uma imagem HDR a partir de um único arquivo bruto.
"HDR" é de longe o termo mais mal utilizado na fotografia. A faixa dinâmica é a proporção entre as partes mais escuras que você pode distinguir e as partes mais brilhantes.
Uma verdadeira imagem de alta faixa dinâmica de alta exposição e curva linear de tons pareceria muito plana e sem contraste, devido ao fato de que os monitores de computador só podem exibir uma faixa dinâmica limitada, portanto as diferenças entre os tons devem ser as menores possíveis. Por esse motivo, a humanidade inventou o mapeamento de tons. Efetivamente, isso aumenta o contraste local e, portanto, a faixa dinâmica de uma parte da imagem é exibida usando a faixa completa disponível para o monitor. É isso que é responsável pela "aparência" do HDR.
Então, o que você queria perguntar era "como criar uma imagem mapeada em tom a partir de uma única matéria-prima", o que é possível. Não vou abordar como (veja as muitas outras respostas a essa pergunta), mas vou apontar que a faixa dinâmica e o ruído são inversamente proporcionais . Portanto, quanto maior a faixa dinâmica, menor o ruído e quanto maior o ruído, menor a faixa dinâmica. O piso de ruído de uma imagem efetivamente limita a capacidade de distinguir tons de sombra e, portanto, afeta a faixa dinâmica, também se você tiver um número limitado de bits por pixel, o ruído de quantização aumenta.
Menciono isso porque você falou sobre barulho. Infelizmente isso é inevitável. A relação entre ruído e faixa dinâmica significa que, se você aplicar o mapeamento de tom a uma única imagem bruta, obterá mais ruído. Isso ocorre porque uma única imagem bruta tem um alcance dinâmico limitado , não importa o que você faça com ela!
Devo acrescentar que só porque você pode, não significa que você deveria! Alguns dos piores usos do mapeamento de tons que eu já vi foram usados para tentar tornar uma foto chata interessante, fazendo com que tudo se destacasse. Eu pensaria com muito cuidado se você está usando o mapeamento de tom, porque já funcionará com uma imagem forte para melhorar a aparência ou apenas para fazer com que uma imagem sem brilho pareça um pouco mais interessante.
Boa sorte!