高动态范围连续影像技术的发展及前景.doc

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1、高动态范围连续影像技术的发展及前景数字化是当今世界电影行业发展的必然趋势.随着数字化浪潮带来的新技术应用，成像技术也在不断地提高。而高动态范围成像技术，也将成为对影片画面质量的提高具有强大推动力的角色。          一、高动态范围成像技术的起源及发展1.高动态范围成像技术的起源高动态范围成像(英文缩写HDR）技术原本用于记录核爆炸瞬间，是在20世纪30至40年代，由美国摄影师查尔斯·威科夫首先提出的。在20世纪40年代,威科夫和埃尔顿一起在太平洋拍摄核爆时，首先使用了这一技术。1952年，威科夫使用高动态范围成像技术记录了世界上第一颗试验性氢弹“常青藤麦克”

2、的爆炸。那张题为“常青藤麦克”的照片后来发表在1954年美国《生活》杂志的封面上,成为最著名的HDR照片。随后这种成像技术才真正被定义，并逐渐发展成从一组不同曝光量的影像中，集成为一幅高动态范围影像的方法。　　　2.高动态范围成像技术的发展进入20世纪晚期,美国南加州大学的Paul Debevec博士公开提出了组合多个不同曝光量影像以生成HDR影像的技术。在1997年的SIGGRAPH展会上,他发表了题为《从相片中恢复高动态范围光彩图》的论文。这篇论文阐述了如何对同一个画面,用不同曝光量多次拍摄,随后组合处理这些不同曝光量的影像，从而得到一幅合成的HDR影像。经过

3、前期的拍摄和后期的处理这一复合过程，自然使得画质远超单次拍摄的结果。这样一来，纵使感光器件或者胶片的宽容度有限,却仍然能通过多次成像，得到动态范围特别高的影像。随后，各种包括压缩比特深度等电脑应用算法被开发出来,使得HDR影像终于可以在传统的设备(如显示器)上显示出来。以上就是HDR摄影在上世纪的发展概况。进入21世纪以来，随着数码相机的普及和相关软件处理能力的增强,使得人人皆可成为摄影者。而在摄影界被广泛使用的HDR影像这个术语，就几乎演变成为数码图片摄影的专利，一般特指在数码摄影中，使用包围曝光生成的影像，经过后期软件影调处理过程，得到的高动态范围影像。而本文

4、所说的HDR影像并非照相术中的单幅照片，而主要是指HDR视频或基于文件的高动态范围连续影像。HDR视频的概念被正式提出来，到现在也有十多年了。在2000年就已经出现过关于消费级别的HDR视频的论文了，但在专业的连续影像领域，至今未有人成功探索出能够付诸应用的流程。如今我们常提起的HDR往往是指图片摄影，而凤毛麟角的所谓HDR视频也只是延时逐格摄影而已。目前的延时逐格摄影，严格来说并不是传统意义上的电影拍摄，因为处理上依然是在电脑上逐张HDR合成再拼接成片段，而不是拍了视频片段再整体HDR合成。真正意义上的高品质专业级HDR连续影像（包括视频），到现在还远没达到轻松

5、易得的程度。 二、高动态范围成像技术的应用特性及前景     1.高动态范围成像的技术特性那么，我们为什么需要高动态范围成像技术？有些人认为现今的数字拍摄设备已经足够好了，其动态范围早已超过了胶片，根本不需要发展HDR摄影了。但实则不然。首先，这是因人类科技普遍发展所推进的必然结果。即便我们有了某些可靠的技术，可以实现某些基本功能，但随着技术的进步，仍会有新技术的出现。即使在胶片摄影技术出现100年后，甚至已经完全规范和成熟，却仍然有数字摄影出现取而代之。这正如爱迪生经过无数次试验，最终确定了使用碳化的竹子纤维作为白炽灯灯丝，但是仍然被后人发现，原来使用钨丝效果更

6、好、更持久。而且，至今仍有一些人的传统观念里还认为数字拍摄设备的画面表现力比胶片弱，而实际情况是，即使是民用的数码相机的宽容度也已经相当可观了。几年前推出的索尼A900,其在ISO200感光度设置下直接成像所得的JPG图像的动态范围已经可以达到94EV，RAW文件的动态范围则更高，可以达到126EV。Arri摄像机的更是能达到141EV！而人眼的动态范围可感知能力大约也就是15EV。而胶片中宽容度最大的负片大约是10EV。看似胶片完全不如数字，但为何人们经常认为胶片效果更好？因为胶片有着类似人眼的感光效果，其感光特性曲线更接近人眼对光线的非线性感知能力。胶片

7、的感光特性曲线起始部分有个平缓阶段，中间有一段大斜率的接近线性的猛增，而到后来又趋于平缓。胶片的感光特性曲线之所以会呈现这种特性，首先就是由于曝光量特别小时，导致化学反应的感光银盐离子还不足以被迅速激活，因为银盐制造出来的时候本身也有一定的密度，这也一定程度上抑制了光化学反应的开始，所以此时曝光曲线斜率很小。其二是当曝光量足够大时，银盐持续接受光子，光化学反应便开始迅速进行，此时由于银盐是足够量的，反应速率基本上只取决于持续辐射的光，所以此时曝光密度就近似线性增长，此时也是胶片最重要的曝光范围段。然后，当曝光量大到胶片密度已经过大时，反应便开始受到抑制，此时剩余未

8、反应的银盐