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hdr的拍攝原理

生活 更新时间:2024-12-19 21:15:09

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HP 惠普 Omen X Emperium 65顯示器

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三星75寸模塊化MicroLED電視

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LG的OLED電視新品線 - 圖片來自互聯網

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索尼Z9G電視 - 圖片來自互聯網

新的一年來臨,2019年的CES上三星帶來了商用化的75寸MicroLED電視,惠普也配合NVIDIA Gsync2推出了4K HDR 120Hz刷新率的Omen X Emperium 65寸“顯示器”,LG和索尼的8K HDR電視也即将上市,畫質和價格都足以讓猛男落淚。

HDR很有吸引力,但如果想了解相關知識,以HDR為關鍵字搜索,可以發現網上HDR的讨論和文章都數量巨大,但在有些情況下HDR并非指HDR10等色彩和顯示标準,我們還需要簡單了解另外兩種常見的HDR歧義,以避免弄混。

攝像頭的HDR高動态範圍成像

  • [Doc]Link=00002609[/Doc][Doc]Link=00007763[/Doc]高動态範圍成像 - Wikipedia

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膠卷時代的HDR照片 - 圖片來自維基百科

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HDR照片 - 圖片來自維基百科

HDR最早常用的概念是指相機、手機攝像頭等拍照圖像相關的HDR照片。手機、相機的感光器甚至包括早期的膠卷由于各種原因,光影動态的記錄能力在很多場合下是不夠用的,畫面要和過黑要麼過曝,解決問題的方法可以是提高感光或膠卷器性能、或是對最終照片進行修改畫面對比度、反差等後期處理,而另一個方法是現在最流行的多幀合成,拍照時就獲取多個不同曝光的圖像再進行合并,所以手機攝像頭中HDR通常指的就是這種操作。這裡的HDR指的是高動态範圍成像[High Dynamic Range Imaging]。

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多幀合成或多次曝光 - 圖片來自Wikipedia

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單幀後期處理 - 圖片來自維基百科

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多幀合成效果 - 圖片來自維基百科

但要注意的是,人們拍的照片是要看的,看就需要屏幕顯示出來,目前手機照片還是選擇适應絕大多數顯示設備,仍以标準動态範圍顯示,也就不會真的以HDR10的色彩和亮度空間進行圖像信息記錄,這這種語境中的HDR效果其實指的是合成後标準色域、标準動态色階和灰階曲線圖像的效果。如果是真·HDR照片,在别人的屏幕上可能會變成下面兩種異常效果中的一種,那圍觀群衆們肯定是認為某品牌手機拍照辣雞翻車現場,攝像頭開發組的年終獎肯定又要完犢子了。

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正常處理後的HDR10視頻截圖

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無法正确顯示的HDR10視頻截圖

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無法正确顯示的HDR10視頻截圖

遊戲中的HDRR

  • 高動态光照渲染 - Wikipedia

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HDR渲染選項 - 《輻射:新維加斯》

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HDR渲染選項 - 《上古卷軸:湮滅》

如果是遊戲年齡10年以上而且跟得上時代的用戶,肯定會在更早的時代就見識遊戲裡所謂HDR效果。例如我個人非常喜愛的老遊戲《上古卷軸:湮滅》《輻射:新維加斯》等,當前流行的《CS:GO》、《Warframe》等熱門遊戲也有“HDR”功能選項。實際上這并不是HDR10等高動态影像輸出,而是被稱為HDR渲染[HDR Rendering],是3D模型的着色、渲染處理技術,改變的是遊戲内環境和物體的色彩、光線反差等,HDRR的動态範圍提升是相對于更古老的3D遊戲而言,但最終輸出的畫面仍舊是基于标準的色彩動态範圍。

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《我的世界》 - 正常畫面

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《我的世界》- HDRR渲染畫面

在HDR10顯示器和電視機普及後,部分遊戲和軟件對HDRR功能也做了一定的說明避免誤解。雖然HDRR在今天常被玩家戲稱為假HDR[Fake HDR或Mimic HDR],但它對于遊戲内容表現的改進也是非常有價值的。HDRR通常有兩種改善遊戲畫質的方式,一種是遊戲本身内置的HDRR功能,另一種是通過插件或外挂方式将輸出畫面進行二次處理,後者往往能帶來非常直觀和驚人的畫質差異。

HDR視頻

  • [Doc]Link=00007791[/Doc][Doc]Link=00007798[/Doc][Doc]Link=00007832[/Doc]

以HDR10、HLG為代表的HDR影像和視頻顯示在互聯網上的讨論比前兩者出現得更晚一些。但三者還是存在一定聯系的,本質上都是盡可能多的記錄和還原更好的視覺動态,如色彩、明暗等圖像信息。不過從實現來看,HDR視頻顯示是直接拓展片源和硬件的動态範圍。在三篇文章中已經比較系統介紹了HDR顯示的相關知識和不同的技術标準。

HDR10和HLG的差異:HLG和HDR10是兩種不同的工業标準,在效果上并無明顯優劣之分,但推廣者和受衆有很大差别,HDR10以及杜比視界是美國影視業主推,因此蘋果、Android、Windows10和遊戲主機的HDR功能都以HDR10為主。HLG的推廣者是BBC、東電、央視等廣播電視行業相關者,由于HLG不包含顯示元數據傳輸,圖像記錄和輸出的Gamma曲線也不相同,兩者并不相容,需要算法進行轉換。

所以一台顯示器或電視自稱HDR時,就要謹慎進行區分對待了,例如作者真的就在買電視時被坑過,買到一款不支持HDR10的自稱HDR電視,好在是京東上購買,退貨比較方便。由于網上缺乏同一視頻的HDR10和HLG對比,轉換工具價格也比較昂貴。隻有極少量YouTube用戶會把自己用GH5等設備拍攝的HLG視頻轉換到HDR10上傳,但沒有同屏同畫面對比等直觀手段。

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VESA認證的三種HDR亮度标識 - 圖片來自互聯網

HDR400、HDR600、HDR1000:在選購HDR顯示設備時,會常看到HDR400、HDR1000等标識,這主要來自标明設備在HDR模式下支持的亮度級别上限。對于HDR10和HLG,一個簡單粗暴的理解可以是:支持HDR10的肯定能播放HLG,但反過來不行。但是在網上讨論HDR顯示時,經常會遇到更粗暴的網民以更更粗暴的理解将HDR擡杠為就得面闆必須能到1000甚至10000nit亮度、支持分區背光等等,HDR就是硬件參數……完全無視了影像記錄、顯示标準的重要性。在一台能到400nit亮度的廣色域顯示器上,顯示效果就足以引發質變,而亮度500以上的OLED電視實際畫面對比度是HDR1000 LCD設備的2~5倍,我個人也有400和600級别亮度的顯示設備進行對比參考。當然不缺錢我都要的,也确實有更好選擇,例如ACER和ROG的兩款4K 144HZ HDR1000頂級顯示器以及4K 120Hz HDR400次頂級顯示器,而索尼、三星和LG的高端電視也同樣有非常高的硬件水準,而小屏設備上iPad Pro、iPhone XS等就有極好的HDR顯示效果。

總結

本文介紹了三種和圖像相關的HDR标準,但動态範圍并不止存在于圖像上,聲音也同樣有動态,但不在今天的HDR科普範圍内。能識别區分常用的三種關于影像的HDR定義,對了解HDR知識,選購HDR顯示設備也會有一定幫助,也能在網上避免亂入和尬聊。

遺憾的是HDR圖像效果是無法在網上共享的,HDR直播、錄屏等分享方式成本也非常高昂,就導緻無法用直觀的對比方式來科普,當然在互聯網上非物理手段的說服本來就是一件不可能的任務。國内HDR内容缺乏也和國内政策有關,目前HDR内容暫時無法在國内在線視頻平台商用化推廣[由于廣電的影響力,國内互聯網HDR視頻也可能會主推HLG]。

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Youtube 4K HDR視頻

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SONY 索尼 PlayStation Pro - 《戰神》HDR模式

目前YouTube已經全面支持HDR10[VP9],Steam的11個年度白金銷量遊戲中有3個支持HDR10,iOS12、Android 8.0系統設備也已經普遍支持HDR10,HDR顯然已經是一個主流且非常實用的應用。

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