High Dynamic Range(HDR)图像介绍（一）

在工程技术领域，有许多涉及数字图像的应用程序。用它们创建的现代数码相机和扫描仪，采用先进的计算机图形处理技术，或用绘图程序制作。目前，大多数应用程序依赖在某种形式的图形表示上。数字图像在其生命周期中经历了许多变换。首先，它们是使用上述技术之一创建的。然后，它们被存储在一些数字媒体上，可能用各种图像处理技术进行编辑，并且可以在计算机监视器上显示或者在硬拷贝上打印。目前，有时候会产生并使用更高分辨率的图像。例如，在编写数字时相机通常拥有高达1200万像素（Mpixel）的传感器，可提供20 Mpixel传感器。数字扫描背面提供的分辨率要高得多。为了便于说明，图1显示了不同图像分辨率对图像视觉质量的影响。

图1. 增加图像中像素的数量可减少混叠伪像。左侧图像的分辨率为163×246像素，右侧图像的分辨率为1632×2464。

尽管趋向于更高分辨率的图像是显而易见的，但这是一个重要的问题转向思考与每个数值范围有关的数字图像像素可以代表。目前，绝大多数彩色图像都是代表的每个像素为每一个红色，绿色和蓝色通道提供一个字节。每个像素有三个字节，可以为每个像素分配大约1670万种不同的颜色。

一开始这看起来可能是一个非常大的数字，但应该值得注意的是，每一个红色，绿色和蓝色组件仍然只有256个值。每个颜色通道只有256个值不足以代表许多场景。图2给出了一些例子，图2中，四幅图像都是同一场景，其明暗区域明显。天空（背景）显示过度曝光。与此同时，前景太暗了。

图2. 最佳曝光的常规图像（左）与使用技术创建的图像在本书中描述（右）。

对于显示器，动态范围是它能够显示的最大和最小亮度的比率。相机的动态范围是指饱和传感器的亮度与相机对噪音响应的亮度之比。传统图像提供的值范围大约为两个数量级对于每个像素的每一个红色，绿色和蓝色通道，存储为一个字节。不可能直接打印具有更高动态范围的图像。因此，为了模拟将HDR图像缩小到可显示范围内的效果，我们将动态范围内的传统照片减少到远低于两个数量级。例如，图3显示了低动态范围（LDR）图像（每个像素每个颜色通道8位），并且相同的图像减少到每个像素每个颜色通道仅4位。因此，较少的比特意味着较低的视觉质量。虽然对于某些场景，每个颜色通道8位是足够的，但是有无数种情况，8位是不够的。

图3. 左边的图像用4位深度表示。右边的图像被表示为每颜色通道8位。

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