内容整理自知乎。

HDR介绍

高动态范围（High-Dynamic Range，简称HDR），又称宽动态范围技术，是在非常强烈的对比下让摄像机看到影像的特色而运用的一种技术。当在强光源（日光、灯具或反光等）照射下的高亮度区域及阴影、逆光等相对亮度较低的区域在图像中同时存在时，摄像机输出的图像会出现明亮区域因曝光过度成为白色，而黑暗区域因曝光不足成为黑色，严重影响图像质量。摄像机在同一场景中对最亮区域及较暗区域的表现是存在局限的，这种局限就是通常所讲的“动态范围“。HDR图片是使用多张不同曝光的图片，然后再用软件组合成一张图片。它的优势是最终你可以得到一张无论在阴影部分还是高光部分都有细节的图片。在正常的摄影当中，或许你只能选择两者之一。

广义上的“动态范围”是指某一变化的事物可能改变的跨度，即其变化值的最低端极点到最高端极点之间的区域，此区域的描述一般为最高点与最低点之间的差值。这是一个应用非常广泛的概念，在谈及摄像机产品的拍摄图像指标时，一般的“动态范围”是指摄像机对拍摄场景中景物光照反射的适应能力，具体指亮度（反差）及色温（反差）的变化范围。

宽动态摄像机比传统只具有3:1动态范围的摄像机超出了几十倍。自然光线排列成从120,000Lux到星光夜里的0.00035Lux。当摄像机从室内看窗户外面，室内照度为100Lux，而外面风景的照度可能是10,000Lux,对比就是10,000/100=100:1。这个对比使人眼能很容易地看到，因为人眼能处理1000:1的对比度。然而以传统的闭路监控摄像机处理它会有很大的问题，传统摄像机只有3:1的对比性能，它只能选择使用1/60秒的电子快门来取得室内目标的正确曝光，但是室外的影像会被清除掉（全白）；或者换种方法，摄像机选择1/6000秒取得室外影像完美的曝光，但是室内的影像会被清除（全黑）。这是一个自从摄像机被发明以来就一直长期存在的缺陷。

通常，显示器能够显示R、G、B分量在[0, 255]之间的像素值。而256个不同的亮度级别显然不能表示自然界中光线的亮度情况。比如，太阳的亮度可能是一个白炽灯亮度的几千倍，是一个被白炽灯照亮的桌面的亮度的几十万倍，这远远超出了显示器的亮度表示能力。

简单的将高范围的亮度按比例缩放后映射到[0, 255]是不可行的，比如将[0, 511]的范围按照2:1映射到[0, 255]，虽然表示的亮度范围扩大了，但是将导致色带（Color Banding）问题，色带如图1所示。

图1 左图有色带问题，右图显示正常

在有限的亮度范围内显示自然界中相当宽广的亮度范围，正是HDR技术所要解决的问题。

何时应开启HDR

风景照

HDR功能的一项经典应用就是蓝天白云下的风景照。开启HDR后可以让天更蓝，草更绿。不过唯一的的例外是日出和夕阳，由于HDR功能会对太阳的曝光亮度做出错误判断，反而会丧失了原有的动人色彩。

户外人像

大太阳下拍摄人像往往不是件容易的事情，逆光拍摄经常会导致黑脸或黑眼圈，顺光时则容易出现皮肤或高亮度物体过曝现象。HDR功能对这些问题的解决效果相当好，但使用时需要一些技巧。

图中的四幅照片，左上为直接拍摄，右上为开启HDR拍摄，左下为触摸对焦至人物面部，右下则是触摸对焦后再开启HDR的结果。结果很明显，在遇到户外背光人像的拍摄状况时，我们应当首先将对焦点选择在人物面部，然后再使用HDR功能拍摄，让人物和背景都能有一个合适的曝光水平。

准备进行后期处理

如果你准备对拍摄的照片进行后期修改处理，那么HDR照片会帮助你保留原始图片中的更多细节。如果你不满意HDR模式导致的饱和度和对比度下降，只要在Photoshop等软件中稍作调节即可。

何时应关闭HDR？

拍摄运动物体

HDR模式下会连拍三张照片并进行合成。虽然连拍速度很快，但如果拍摄对象正在运动当中，合成的照片还是会出现重影现象。

高对比度照片

很多照片的意境都要通过鲜明的亮暗对比来实现。比如在专门拍摄阴影、倒影时，开启HDR都只会让对比度降低，失掉预想的效果。

捕捉鲜艳色彩

HDR模式可以找回暗部和亮部的色彩，但是当拍摄对象本身就明亮鲜艳时，开启HDR只会导致饱和度降低。比如，同样是拍摄风景照，但你要拍摄的主体是蓝天，并不在乎地面出现阴影的时候，关闭HDR就能让天色看起来更蓝。

图3. 右侧为开启HDR效果

闪光灯照相

使用闪光灯时不需要使用HDR技术。当你使用外部光源照亮暗部物体时，也一定要保持手持平稳或使用三脚架。

HDR技术方案

游戏画面的 HDR渲染步骤一般包括：

1. 将整个场景渲染到一张浮点纹理上（16bit或32bit都可以）；

2. 色调映射（Tone Mapping）；

3. 渲染泛光（Bloom）效果；
　　
　　泛光是一种光学效应，它是指在来自于强光源的光线看起来像是影响到了周围物体。想象一间房间，窗户外面阳光明媚，若往窗外看去，感觉窗户光亮的边缘有一圈模糊，这就是泛光效果。在游戏中适当的增加泛光效果，能够增强画面的真实感。
　　
　　渲染泛光效果的思路很简单，主要分为两个步骤，第一步是使用bright-pass filter提取出场景中高亮部分，第二步对高亮部分进行模糊处理。

4. 将泛光和色调映射的结果进行叠加。
　　
　　一些HDR渲染效果如下图所示。图4和图5来自游戏“孤岛危机”，其中就有HDR的功劳。图4场景明暗得当，透过树叶可以看到天空略微模糊；图5中可以看到爆炸产生的碎片以及车上的显示屏有泛光效果，充分体现了亮度的差别，而这些细节让游戏更加逼真。

图6. Unity3D文档中的HDR渲染效果图

图7. Unity3D文档中的HDR渲染效果图

图8. “孤岛危机”截图1

HDR（High-Dynamic Range）简介相关推荐

Python+OpenCV：高动态范围（High Dynamic Range, HDR）
Python+OpenCV:高动态范围(High Dynamic Range, HDR) 目标 Learn how to generate and display HDR image from an ...
3.2.3 Quantization Techniques（HDR量化）（Advanced High Dynamic Range Imaging）Schlick TMO
3.2.3 Quantization Techniques(HDR量化)(Advanced High Dynamic Range Imaging)Schlick TMO Schlick [341]提出 ...
2.1.2 Capturing HDR Videos（Advanced High Dynamic Range Imaging ）
2.1.2 Capturing HDR Videos(Advanced High Dynamic Range Imaging ) 目录 2.1.2 Capturing HDR Videos(Advan ...
高动态范围光照（High Dynamic Range Imaging，简称HDRI或HDR）
1 HDR基本概念高动态范围光照(High Dynamic Range Imaging,简称HDRI或HDR),是一种表达超过了显示器所能表现的亮度范围的图像映射技术,已成为目前游戏应用不可或缺的 ...
wide dynamic range - WDR - 宽动态范围 - high dynamic range - HDR - 高动态范围
wide dynamic range - WDR - 宽动态范围 - high dynamic range - HDR - 高动态范围高动态范围 (high dynamic range,HDR) 图 ...
【图像处理】一种低光照图像的亮度提升方法（Adaptive Local Tone Mapping Based on Retinex for High Dynamic Range Images）
[fishing-pan:https://blog.csdn.net/u013921430 转载请注明出处] 前言在实际的拍照过程中,常常会遇到,光线不足的情况.这时候单反用户一般会调大感光度, ...
图像处理(二十四)Gradient Domain High Dynamic Range Compression学习笔记
<Gradient Domain High Dynamic Range Compression>学习笔记原文地址: 作者:hjimce 一.相关理论本篇博文主要讲解基于梯度域编辑的HD ...
Faster Read: Deep High Dynamic Range Imaging with Large Foreground Motions
ECCV 2018, Hong Kong University of Science and Technology, Tencent Youtu, U of Oxford 论文名称: Deep Hi ...
3.1 TMO MATLAB 框架（Advanced High Dynamic Range Imaging ）
3.1 TMO MATLAB 框架(Advanced High Dynamic Range Imaging ) 通常,无论属于哪一类TMO,都有两个共同的步骤. 本节描述了大多数但不是全部TMO使用的 ...
HDR sensor 技术 -- DCG 简介
内容参考自知乎. 目录文章来源文章背景原理介绍 1. Relationship between Conversion Gain and Full-Well Capacity 2. Importa ...

HDR（High-Dynamic Range）简介

目录