HDR的全称是什么19 Oct 2024 | 18 分钟阅读 HDR: High Dynamic Range高动态范围（HDR）是指动态范围大于平均值的范围；其他常用术语包括宽动态范围（WDR）、扩展动态范围和增广动态范围。 这是一组结合了各种曝光的程序，形成一张包含整个亮度范围的单一图像。通常，它是将同一场景以不同曝光设置拍摄的多张最终照片混合在一起。与能捕捉场景中低光和阴影细节的较亮曝光相比，一个较暗的曝光可以捕捉场景中高光部分的信息。两者结合使用，可以生成具有显著更优化色调细节的图像。  该术语经常用于引用各种信号的动态范围，包括音频、视频、无线电和图像信号。它可以适用于模拟和数字信号，以及用于记录、处理和重现这些信号的工具。该术语还用于指代一些能够创建高动态范围媒体的技术或方法，例如照片、电影和音频。 应用在这种情况下，“高动态范围”一词指的是光照条件范围较宽的场景或图像。图片或图像的动态范围是其最亮和最暗区域之间的亮度范围。“高动态范围成像”（HDRI）是指一组图像处理技术和方法，可以扩展图像或视频的动态范围。它包括图片的收集、制作、存储、传输和呈现。 历史电影可以被转化，尽管有些帧需要手动干预（例如，黑白图片被转换为彩色）。现代电影经常使用动态范围更高的摄像机拍摄。此外，对于特效，特别是将真实和合成视频结合的特效，HDR摄影和渲染都是必需的。HDR图像也适用于需要高精度来捕捉场景变化的时间特征的应用。这对于监控视频系统、汽车行业的预测性驾驶员辅助系统以及焊接等一些工业过程的监控至关重要。 1. 显示显示器的动态范围是指其能够再现的亮度范围，从最暗级别到最亮点。显示器能够产生的最亮、最亮以及最暗的黑色亮度被测量为显示器的对比度。由于技术上的多项进步，屏幕的整体动态范围得以提高。 BrightSide Technologies 于 2003 年 5 月在信息显示学会的 Display Week Symposium 上展示了首款 HDR 显示器。该显示器在传统 LCD 面板下方采用了一组单独控制的 LED，这一技术现在被称为“局部调光”。后来，BrightSide 发布了一系列相关的显示和视频技术，使得观看 HDR 内容成为可能。2007 年 4 月，Dolby Laboratories 收购了 BrightSide Technologies。OLED 屏幕具有出色的对比度。MiniLED 增强了上下文。 2. 拍摄多重曝光 HDR 拍摄是主要理念。 一种在摄影和摄像领域被称为高动态范围 (HDR) 的方法，它能够将所拍摄图像和视频的动态范围提高到超出摄像机本身的能力。它包括以不同曝光拍摄同一场景的多张照片，将它们合并成一张，从而生成比单个拍摄帧具有更宽动态范围的图像。现代智能手机和摄像机甚至可能包含片上集成传感器，能够同时合并两张图像。此外，在没有像素内压缩的情况下，操作员可以立即获得更宽的动态范围进行显示或处理。一些安全摄像机系统可以在每帧输出两张或更多张不同曝光的图像，以捕捉 HDR 录像。例如，为 30 帧/秒设计的传感器将输出 60 帧/秒，奇数帧曝光时间较短，偶数帧曝光时间较长。 现代 CMOS 图像传感器通常可以用单次曝光拍摄高动态范围照片。因此，多重曝光 HDR 拍摄方法的必要性降低。高动态范围图像用于高动态范围应用，如焊接和汽车操作。在安全摄像机中，通常使用宽动态范围一词代替 HDR。由于各种传感器的非线性，图像伪影可能经常发生。  3. 渲染高动态范围渲染。具有至少 65,535:1 动态范围的虚拟环境的实时渲染和显示称为高动态范围渲染（HDRR）（用于计算机、游戏和娱乐技术）。 4. 动态范围的压缩或扩展图像存储、传输、显示和打印技术的动态范围是有限的。对于以更高动态范围制作或拍摄的图像，需要进行色调映射以降低其动态范围。 5. 存储高动态范围图像/视频文件比传统的 8 位伽马标准可以存储更多的动态范围。这些格式包括：
Industrial Light & Magic Co. (ILM) 于 1999 年开发了 OpenEXR，并于 2003 年作为开源软件库发布。OpenEXR 用于电影和电视节目的制作。2014 年 12 月，美国电影艺术与科学学院 (AMPAS) 推出了学院色彩编码系统 (ACES)。ACES 是一个功能齐全的色彩和文件管理系统，可以处理宽色域和 HDR，并与几乎任何专业工作流程集成。 6. 传输到显示器“高动态范围”（HDR）一词是指一种能够将高动态范围的电影和视觉内容传输到兼容屏幕的技术。此外，此技术还增强了图像传输的其他特性，例如色域。能够使用该技术的显示器在这种情况下被称为 HDR 显示器。HDR10、HDR10+、Dolby Vision 和 HLG 等格式是 HDR 格式的示例。以 HDR 格式编码的视频称为 HDR 视频。与使用传统伽马曲线的标准动态范围 (SDR) 视频相比，这些 HDR 视频具有更高的亮度、色彩体积和位深度。 Ultra HD Alliance 于 2016 年 1 月 4 日发布了其 HDR 显示器的认证指南。HDR 显示器需要具有至少 20,000:1 的对比度，并且最大亮度超过 1000 cd/m2 且黑电平低于 0.05 cd/m2，或者亮度水平超过 540 cd/m2 且黑电平略低于 0.0005 cd/m2（对比度至少为 1,080,000:1）。这两种选择都支持各种 HDR 屏幕，包括 LCD 和 OLED。HLG 和感知量化器是传统伽马曲线的两种替代方案，用于 HDR 传输功能，更接近于人类视觉系统。HLG 和 PQ 所需的位深度是每样本十位。 7. 音频音频中的“高动态范围”一词指的是广泛的声音级别变化。在这种情况下，动态范围是指声音的最大和最小音量级别之间的范围。在使用录音机进行录音或使用麦克风声音系统时，XDR（音频）用于提供更高质量的音频。为了防止相对较小的声音被相对较大的声音淹没，EA Digital Illusions 的 CE Frostbite 引擎使用一种称为 HDR Audio 的动态混合技术。 通过一系列称为动态范围压缩的技术，可以将高动态范围音频传输到动态范围较低的介质中。动态范围扩展可以用作替代方法，以恢复录音的高动态范围。  8. 无线电高动态范围在无线电中至关重要，尤其是在可能存在其他传输干扰的情况下。频率合成器只是其动态范围使用无杂散动态范围等技术进行测量的系统组件的一个例子。传统和软件定义的无线电架构都受益于 HDR 理念。 9. 仪器仪表许多仪器仪表领域都需要非常高精度的动态范围。例如，在地震学中，需要 HDR 加速度计，例如 ICEARRAY 设备中使用的加速度计。例如，在地震学中，需要 HDR 加速度计，例如 ICEARRAY 设备中使用的加速度计。 10. 实时 HDR 视觉Steve Mann 在 20 世纪 70 年代和 80 年代创造了第一代和第二代“数字眼镜”，作为改善人们视力的辅助工具，其中一些版本被集成到用于 HDR 视觉的冶炼头盔中。 发现 HDR理解高动态范围 (HDR) 对于欣赏摄影技术的进步至关重要，这些进步带来了日益生动逼真的视觉体验。本节将探讨 HDR 的基本概念，包括其指导原则以及它与传统图像技术的区别。 1. 解释和基础 从根本上说，HDR 是一种通过增加图像中最亮和最暗区域之间的对比度来拓宽图像色彩和光线频谱的技术。在传统成像中，要捕捉同时拥有深邃阴影和明亮高光的图像非常困难；结果，要么亮部，要么暗部的细节经常丢失。通过收集和呈现更大的亮度级别范围，HDR 克服了这一限制。 2. 动态范围 在讨论 HDR 时，“动态范围”一词至关重要。它描述了图像最亮和最暗区域之间的对比度。由于传统成像的动态范围有限，因此很难充分描绘同时具有耀眼高光和深邃阴影的情况。然而，HDR 极大地增加了这个动态范围，保留了最亮和最暗区域的细节。 3. 色调映射 色调映射用于使 HDR 信息在传统显示器上可读。色调映射是将 HDR 传感器记录的大动态范围压缩成可以在普通显示器上观看的格式的过程。这使得在可能无法复制整个动态范围的设备上体验 HDR 内容成为可能。 4. 多重曝光 为了在摄影中实现 HDR，标准做法是拍摄同一图像在不同曝光设置下的多张照片。然后通过合并这些图像来创建最终图像，保留从最暗到最亮的所有区域的细节。当单次曝光无法完全捕捉光照条件的变化时，这种方法效果非常好。 5. 像素强度 为了使 HDR 工作，需要能够捕获和显示更广泛的像素强度。在传统摄影中，像素被赋予精确的强度值；然而，高动态范围 (HDR) 引入了高位深度这一概念，从而能够更详细地描绘亮度级别。这种更大的渐变增强了 HDR 照片的真实感和丰富性。 6. 局部背光和调光 诸如改进的背光和局部调光之类的技术对于 HDR 显示生态系统至关重要。通过允许单独调暗或调亮屏幕的特定区域，局部调光可以提高对比度并创造更具动态的视觉体验。支持 HDR 的电视对此表现得非常清楚。 7. 色彩范围 HDR 除了提高亮度和对比度外，还能增强色彩重现。HDR 显示器通常支持更宽的色域，从而能够更准确、更生动地重现色彩。这种更广泛的色彩范围增强了 HDR 内容的逼真和迷人的外观。 理解高动态范围摄影 (HDR) 的基本原理，为认识其对游戏、电视和电影等各种视觉媒体的影响奠定了基础。随着技术的发展，HDR 在我们制作、捕捉和交互视觉信息的方式中将变得越来越重要。 HDR 的历史摄影的发展、数字技术的引入以及 HDR 在各种视觉媒体中的融合，构成了高动态范围 (HDR) 成像的历史。本节将探讨高动态范围 (HDR) 的历史，追溯其从早期摄影实验到如今在游戏、电影和摄影中的应用。 1. 早期摄影实验 在 19 世纪，也就是摄影的早期阶段，就引入了提高动态范围的概念。早期摄影师很难捕捉到具有宽阔光线范围的情况。在冲洗过程中，他们尝试了诸如减曝和加曝等方法来提高亮部和暗部细节，以克服这一限制。 2. 区域系统和 Ansel Adams 在 20 世纪 30 年代和 40 年代，著名美国摄影师 Ansel Adams 发展了区域系统，这有助于我们理解动态范围。使用区域系统，风景被划分为对应于不同亮度级别的区域。摄影师可以通过曝光和冲洗调整来控制这些区域内的色调分布，从而提高其照片的动态范围。 3. 胶片 胶片的感光度限制了传统胶片摄影的动态范围。在试图捕捉具有宽阔光线强度范围的情况时，摄影师经常遇到困难。为了在一定程度上提高动态范围，引入了多种胶片类型和冲洗工艺。 4. 数字成像和 HDR 的出现 20 世纪后期，数字摄影应运而生，为提高动态范围创造了新的机会。数字传感器为摄影师提供了更多的曝光控制，并能够拍摄不同曝光的多张照片来创建 HDR 合集。 5. HDR 软件和方法 21 世纪初，HDR 修改软件工具变得更加普及。摄影师开始使用 Adobe Photoshop 和 Photomatix 等程序，通过合并多张曝光来创建 HDR 照片。这标志着从模拟后期处理程序到使用暗房技术的数字程序的重大转变。 6. 电影中的高清 随着数字电影的普及，电影制作人意识到高动态范围 (HDR) 可以增强其电影的视觉冲击力。HDR 技术现在使电影制作人能够记录和呈现更宽的色调范围，从而获得更逼真、更引人入胜的电影体验。著名的电影和电视节目开始采用 HDR 标准，如 HDR10 和 Dolby Vision。 7. HDR 格式标准化 随着 HDR 技术在多个行业的广泛应用，标准化变得必要。HDR10、Dolby Vision 和 HLG（混合对数伽马）等标准的引入，确保了 HDR 内容制作和呈现的互操作性和一致性。 8. 与电子游戏的融合 HDR 在电子游戏行业的引入，极大地提升了电子游戏的视觉效果。高端游戏显示器和主要游戏机开始支持 HDR，让玩家在虚拟世界中能够看到更生动的色彩和更好的对比度。 9. 当前状况 如今，HDR 是许多消费电子产品中的常见功能，例如显示器、相机、电视和智能手机。HDR 内容得到了蓝光和 Netflix 等流媒体服务的广泛支持，这进一步巩固了其在视觉媒体行业中的地位。 HDR 的发展反映了通过捕捉和呈现更真实视觉内容的不懈努力。从摄影的开端到数字时代，高动态范围 (HDR) 已发展成为一项改变游戏规则的技术，它改变了我们如何拍摄、制作和观看各种平台上的照片和电影。 HDR 技术方面高动态范围 (HDR) 成像技术包含一系列标准、规范和技术，它们协同工作，以产生和呈现视觉上吸引人且逼真的信息。本节将详细介绍 HDR 的主要技术组成部分，包括标准、显示技术以及用于拍摄、编辑和显示 HDR 照片和电影的复杂过程。 1. HDR 标准 HDR 标准概述了制作和呈现 HDR 内容的指南和要求。著名的标准包括： - HDR10：这是一个开放标准，峰值亮度至少为 1,000 尼特，支持 10 位色深，并在行业中得到广泛应用。 - Dolby Vision：由 Dolby Laboratories 开发的动态 HDR 格式，采用动态元数据进行逐场景优化，并提供高达 12 位色深。 - Hybrid Log-Gamma (HLG)：由 NHK 和 BBC 开发，HLG 专为广播电视设计，兼容标准动态范围 (SDR) 和高动态范围 (HDR) 显示器。 2. 色彩空间和位深度 HDR 成像通常比传统成像使用更高的位深度。HDR 通常使用 10 位或 12 位色深，而普通成像通常使用 8 位色深。这使得色彩和色调的范围更广，从而减少了色带并提高了整体图像质量。Rec. 2020 等更宽的色彩空间也常用于 HDR 内容，提供更丰富、更广阔的调色板。 3. 峰值亮度 显示器能够达到的最高亮度水平称为峰值亮度。HDR 内容使用更高的峰值亮度值来产生更鲜艳、更逼真的视觉效果。使用局部调光技术，显示器可以实现更高的对比度，从而改善图像特定区域的光线感知。 4. 局部背光和调光 局部调光是 HDR 兼容显示器中的一项技术，尤其是在 LED-LCD 电视中。 这种方法允许背光系统独立控制屏幕上每个区域的亮度。保持亮部区域明亮，同时调暗暗部区域，可以提高对比度，带来更具动态性和逼真感的观看体验。 4. HDR 元数据 Dolby Vision 等几种 HDR 格式的一个关键组成部分是动态元数据。元数据通过提供有关每个图像的理想亮度、颜色和对比度级别的信息，促进了逐场景的动态调整。通过这种动态信息，HDR 内容能够按照内容创作者的意图进行观看。 6. 高端参考系统 HDR 的成功归功于多种显示技术，包括：
7. 压缩技术 有效的压缩策略对于 HDR 内容的流式传输和存储至关重要，因为其更高的位深度和更宽的色域通常会导致更大的数据量。高效率视频编码（HEVC）和 VP9 是先进编解码器的示例，通常用于在不牺牲质量的情况下减小 HDR 数据的大小。 8. 眼部和传感器 HDR 在摄影中，HDR 成像是在不同亮度级别下对同一图像进行多次曝光。现代相机凭借其先进的传感器，能够无缝地合并多个曝光，生成具有更宽动态范围的单个 HDR 图像。 了解这些 HDR 技术方面有助于欣赏创造卓越视觉体验所面临的挑战。随着技术的发展，HDR 有望得到进一步完善，从而在各种媒体中实现更逼真、更具沉浸感的图像。 挑战与未来发展尽管许多企业已显著采纳了高动态范围 (HDR) 成像技术，但它并非没有挑战。此外，HDR 领域令人兴奋的未来发展前景可期，这得益于持续的研究和开发。本节将探讨 HDR 技术当前面临的挑战以及可能影响其发展方向的未来潜在进展。 难点
未来发展
总之，尽管 HDR 技术已成功克服了在视觉媒体中获得关注的主要障碍，但它仍将受到反复出现的问题和持续进步的影响。为了充分实现 HDR 的潜力并为全球客户提供无与伦比的视觉体验，内容创作者、设备制造商和技术开发人员必须共同努力。 结论总而言之，高动态范围 (HDR) 成像正在彻底改变我们制作、捕捉和与照片和电影互动的方式。它是视觉媒体世界中的一股强大力量。HDR 从早期摄影的卑微起源到目前在多个行业的应用，已发展成为一种增强视觉内容真实感、生动性和沉浸感的技术。 Ansel Adams 的区域系统、从胶片到数字成像的转变以及 19 世纪摄影师的创新努力，都在 HDR 的历史中发挥了重要作用。HDR 在电视、电子游戏和电影制作中的应用进一步巩固了其作为沉浸式视觉体验制作中不可或缺的组成部分。 了解 HDR 的技术组成部分——例如位深度、标准、色彩空间和显示技术——可以更好地欣赏这个系统的细微差别。随着 OLED 和 QLED 等新显示技术的出现，以及 HDR 捕捉更宽动态范围的能力，具有改进对比度、亮度和色彩准确性的逼真图像已成为常态。 然而，HDR 并非没有挑战。行业仍在努力克服显示技术标准的需求、分发复杂性以及内容生成和调整等障碍。随着 HDR 变得越来越普遍，简化用户体验和教育人们了解 HDR 的重要性也日益增加。 就未来而言，HDR 具有巨大的潜力。压缩方法的进步、自动内容转换以及人工智能和机器学习的使用，有望进一步增强 HDR 体验。改进的显示技术将有助于创建一个更统一、更顺畅的 HDR 生态系统，而标准化和认证程序也将如此。 本质上，HDR 的历史、技术复杂性、挑战和未来发展共同描绘了一种已经超越其起源并成为当代视觉叙事关键组成部分的技术。凭借其增强的真实感和用户参与度，高动态范围 (HDR) 预计将对摄影、电影制作、游戏和其他视觉媒体的未来发展产生重大影响。 下一主题完整形式列表 |
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