什么是HDR？HDR对短视频和图片画质究竟有多大改善？ 第1页

HDR就是High-Dynamic Range，高动态范围。

为什么要高动态范围呢？因为现实世界就是高动态范围的。

比如太阳特别亮，亮到晴朗的中午眼睛余光都不敢看、甚至闭上眼睛迎向太阳那么隔着眼皮都刺眼的程度。但就是在这么大的太阳底下，洞穴稍深一点仍然伸手不见五指。

关于我们的眼睛能识别的最大亮度范围，天文学有定量研究：

星等_百度百科

天文学上规定，星的明暗一律用星等来表示，星等数越小，说明星越亮，星等数每相差 1星的亮度大约相差 2.512 倍。1 等星的亮度恰好是 6 等星的 100 倍。每相差0.1星等的亮度大约相差1.0965倍
天空中有一等星21 颗，二等星有 46 颗，三等星 134 颗，四等星共 458 颗，五等星有 1476 颗，六等星共 4840 颗，共计 6974 颗。更亮的为 0 等以至负的星等。例如，太阳是 －26.7 等，满月的亮度是 －12.6 等，金星最亮时可达 －4.9 等。
我们把肉眼能够看到的最暗的星设定是 6 等星（6m 星）。

不过，我们的眼睛并不能做到“烈日下看到星星”，哪怕星星仍然存在；类似的，从阳光明媚的室外突然走进黑暗的地下室、或者灯光明亮的室内突然走到夜晚灯坏了的走廊，我们都需要很长时间调整才能适应黑暗、借助月光/星光看到路。

比如，一提到“海盗”，我们脑海中就会浮现出这个形象：

这个职业为什么对眼睛这么危险呢？为什么都是只瞎一只眼？

不。海盗的眼睛没有瞎；但他们抢劫时，经常得从烈日下的甲板进入阴暗的船舱。那么如果被抢劫的船员在船舱中准备抵抗，他们肯定不可能得到充足的时间让自己的眼睛适应黑暗——那么，只要船员敢于反抗，形势不利的海盗是不是进去多少死多少？

戴了这个眼罩，进去船舱就掀开，那么起码有一只眼睛能看见东西，就不需要时间适应黑暗了；那么海盗们伤亡的可能性就会低很多。

这个东西用术语说，就是：我们眼睛的动态范围是可调节的。阳光明媚时，我们的瞳孔缩小、视网膜敏感性降低，于是较暗的地方就看不清了，但不会因为阳光太过刺眼而看不清周遭环境；黑暗的洞穴里，我们的瞳孔放大、视网膜变得极度敏感，哪怕灰暗的荧光都看得见——但与之同时，当我们走到洞口时，就会发现外面被阳光照射处一片惨白，什么都分不清。

类似的，照相机/摄像机也有同样的问题。这就是快门光圈iso三联：快门快，拍阳光下的场景就不会“过曝”“死白”，但暗处拍下来就会“欠曝”“死黑”；光圈大，进光量多，暗处就能拍清晰，但亮处容易“死白”；iso调高，感光器件就会变得敏感，于是傍晚也能把景色拍清晰（但噪点增加且中午你把光圈调到最小快门调到最快拍下来仍是一片惨白）……

此外，照片印到纸上，最亮处也就是白色，最暗处是黑色；白色亮度依赖于光源，黑色不可避免有反光。类似的，显示器亮度有限，最亮决定于背光/led发光亮度，最暗决定于液晶的不透明度或者led的反射强度。

比如你拍太阳和煤堆，太阳亮度1,000,000单位，煤堆亮度介于1~200单位之间；我们知道，显示器每个颜色分量只有256级亮度；那么太阳当然是最亮的255，最暗的煤是0，最亮的煤呢？连1都不到，对吧——你看，留给煤的，只剩一片死黑了（这里的数字只是个粗糙的举例，不要当真。实际上我们对亮度的感觉更接近对数关系，比如星等6~1并不是1到6个单位，而是亮度增加了100倍）。

但如果你不拍太阳，只拍煤，煤本身就可以有255种不同亮度，看起来画面上充满了各种细节。

这些，都是动态范围压缩。

这个压缩分两个层面。一是最高亮度和最低亮度之间的区间变窄了，二是同一屏画面里，留给画面主体的层次范围变窄了。

比如显示器的静态对比度，普通显示器只有数百比一，专业显示器也不过数千比一；比如哪怕最专业的显示器，色深24位且只考虑纯色的话，也只有256个不同亮度；实际上，对于特定的颜色，要在明暗之间不偏色，可用的亮度层次只会更少。

比如对颜色(127, 110, 50)，保持颜色改变亮度的话，是不可能有256种不同亮度的，其中某个颜色分量肯定会提前饱和（趋于0或255），继续调亮/调暗就会偏色。

另一个例子就是前面提到的煤，同屏显示煤和太阳就会死黑一片。因为留给它的、可用的亮度区间太窄了。

总之，无论拍摄还是显示，甚至我们的眼睛本身，到处都充满着动态范围压缩。

这很真实，但并不理想。

实际上，优秀的摄影师会精心选择光线和拍摄角度（比如让太阳过曝以把煤拍清晰），尽可能的把场景最美的一面展示在我们面前；我们也本能的偏爱那些更充分的展示了明/暗处丰富细节的画面，称之为“通透”。

有一定经验的摄影者还会选择raw格式，“出片”时先经PS增强，通过“拉曲线”正确裁剪图片亮度范围，尽可能把明/暗处的细节展示出来。

比如这就是著名的直方图：

我们可以直观的看到照片内容的明暗分布。

比如对于上图，这个直方图就说明照片中没有纯黑像素，也没有亮度达到255的纯白；但左右两侧都有很宽的区域（几乎）没有像素。这说明这张照片没能完全利用相机的宽容度，拍出的照片就会灰蒙蒙的。

而对于下图，可以看出达到最高亮度255的像素还有不少、右侧有被边缘切割的迹象，这说明图片有所过曝但不严重，同时左侧到0处也有切割迹象，说明存在死黑。这说明正确拍摄这个场景需要的宽容度已经超过了设备能力了（选择低iso并合理调节快门光圈参数可能有所改善，但设备宽容度范围有限，不可能拍摄任何场景都完全没有过曝/死黑；相反，能够像这张照片这样，两端切割都很轻微，这已经是质量非常好的摄影作品了）。

我们可以通过软件，把上图两端不包含亮度信息的部分去掉，从而把图片表示范围展宽，图片看起来层次就更加丰富了（但灰度层级会低于256，换句话说动态范围仍然有损失，只是这个损失是基于精度的损失）。

也可以通过“拉曲线”，把下图明暗集中的位置展开，这会压缩高亮部分，但可以更清晰的反应出画面暗处的细节对比（换句话说，有意识的压缩高光部分的动态范围、展宽暗处范围，营造暗处被照亮的效果——这虽然带来了额外的动态范围损失，但对某些过曝/欠曝的照片会有很好的挽救效果：说白了，这种做法牺牲了占比较少的像素的动态范围，换来了占比较高的部分的更好表现）。

基础知识说完，终于可以说HDR了。

要得到更好的HDR效果有两个途径，两者相辅相成。

一是改良设备。好的相机/镜头本身就可以有很高的宽容度，同时允许拍摄者灵活的调整参数，从而同时把高亮和阴暗部分都拍清楚；好的显示器能够轻而易举的展示高对比度画面而不产生过多失真。

二是在拍摄/回放上下功夫。

比如用不同参数把亮部/暗部分别拍下来然后合成，从根本上改善图像质量；比如通过算法自动“拉曲线”，从而更有效的编码图片像素，等等。

其中，设备的改良、拍摄时的多张合成等等，这些是拍摄流程的事；而回放时的拉曲线则是显示流程的事。

拍摄时的HDR和回放时的HDR并不是一回事。如果拍摄时就没拍好，之后再HDR也好不到哪；同时，合成/拉曲线本身就必定会造成某些画质损失；再加上回放设备本身可能存在问题，开HDR画质反而变劣的情形屡见不鲜。

总之，HDR是从设备到摄影师再到软件算法的一条龙的努力。它的上限很高，下限也很低；对整个行业上下游、从设备生产使用到最终消费者都有一定的推动作用；有一定的需求拉动能力，但算不上革命性的进步。毕竟绝大多数消费者也就追求个看个剧听个响。