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什么是HDR?「补充版」浅谈三种HDR影像相关的定义「农步祥」

 nhql 2019-01-12

什么是HDR?「补充版」浅谈三种HDR影像相关的定义「农步祥」

HP 惠普 Omen X Emperium 65显示器

什么是HDR?「补充版」浅谈三种HDR影像相关的定义「农步祥」

三星75寸模块化MicroLED电视

什么是HDR?「补充版」浅谈三种HDR影像相关的定义「农步祥」

LG的OLED电视新品线 - 图片来自互联网

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索尼Z9G电视 - 图片来自互联网

新的一年来临,2019年的CES上三星带来了商用化的75寸MicroLED电视,惠普也配合NVIDIA Gsync2推出了4K HDR 120Hz刷新率的Omen X Emperium 65寸“显示器”,LG和索尼的8K HDR电视也即将上市,画质和价格都足以让猛男落泪。

HDR很有吸引力,但如果想了解相关知识,以HDR为关键字搜索,可以发现网上HDR的讨论和文章都数量巨大,但在有些情况下HDR并非指HDR10等色彩和显示标准,我们还需要简单了解另外两种常见的HDR歧义,以避免弄混。

摄像头的HDR高动态范围成像

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    [Doc]Link=00007763[/Doc]
    高动态范围成像 - Wikipedia

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胶卷时代的HDR照片 - 图片来自维基百科

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HDR照片 - 图片来自维基百科

HDR最早常用的概念是指相机、手机摄像头等拍照图像相关的HDR照片。手机、相机的感光器甚至包括早期的胶卷由于各种原因,光影动态的记录能力在很多场合下是不够用的,画面要和过黑要么过曝,解决问题的方法可以是提高感光或胶卷器性能、或是对最终照片进行修改画面对比度、反差等后期处理,而另一个方法是现在最流行的多帧合成,拍照时就获取多个不同曝光的图像再进行合并,所以手机摄像头中HDR通常指的就是这种操作。这里的HDR指的是高动态范围成像[High Dynamic Range Imaging]。

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多帧合成或多次曝光 - 图片来自Wikipedia

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单帧后期处理 - 图片来自维基百科

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多帧合成效果 - 图片来自维基百科

但要注意的是,人们拍的照片是要看的,看就需要屏幕显示出来,目前手机照片还是选择适应绝大多数显示设备,仍以标准动态范围显示,也就不会真的以HDR10的色彩和亮度空间进行图像信息记录,这这种语境中的HDR效果其实指的是合成后标准色域、标准动态色阶和灰阶曲线图像的效果。如果是真·HDR照片,在别人的屏幕上可能会变成下面两种异常效果中的一种,那围观群众们肯定是认为某品牌手机拍照辣鸡翻车现场,摄像头开发组的年终奖肯定又要完犊子了。

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正常处理后的HDR10视频截图

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无法正确显示的HDR10视频截图

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无法正确显示的HDR10视频截图

游戏中的HDRR

  • 高动态光照渲染 - Wikipedia

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HDR渲染选项 - 《辐射:新维加斯》

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HDR渲染选项 - 《上古卷轴:湮灭》

如果是游戏年龄10年以上而且跟得上时代的用户,肯定会在更早的时代就见识游戏里所谓HDR效果。例如我个人非常喜爱的老游戏《上古卷轴:湮灭》《辐射:新维加斯》等,当前流行的《CS:GO》、《Warframe》等热门游戏也有“HDR”功能选项。实际上这并不是HDR10等高动态影像输出,而是被称为HDR渲染[HDR Rendering],是3D模型的着色、渲染处理技术,改变的是游戏内环境和物体的色彩、光线反差等,HDRR的动态范围提升是相对于更古老的3D游戏而言,但最终输出的画面仍旧是基于标准的色彩动态范围。

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《我的世界》 - 正常画面

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《我的世界》- HDRR渲染画面

在HDR10显示器和电视机普及后,部分游戏和软件对HDRR功能也做了一定的说明避免误解。虽然HDRR在今天常被玩家戏称为假HDR[Fake HDR或Mimic HDR],但它对于游戏内容表现的改进也是非常有价值的。HDRR通常有两种改善游戏画质的方式,一种是游戏本身内置的HDRR功能,另一种是通过插件或外挂方式将输出画面进行二次处理,后者往往能带来非常直观和惊人的画质差异。

HDR视频

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    [Doc]Link=00007798[/Doc]
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以HDR10、HLG为代表的HDR影像和视频显示在互联网上的讨论比前两者出现得更晚一些。但三者还是存在一定联系的,本质上都是尽可能多的记录和还原更好的视觉动态,如色彩、明暗等图像信息。不过从实现来看,HDR视频显示是直接拓展片源和硬件的动态范围。在三篇文章中已经比较系统介绍了HDR显示的相关知识和不同的技术标准。

HDR10和HLG的差异:HLG和HDR10是两种不同的工业标准,在效果上并无明显优劣之分,但推广者和受众有很大差别,HDR10以及杜比视界是美国影视业主推,因此苹果、Android、Windows10和游戏主机的HDR功能都以HDR10为主。HLG的推广者是BBC、东电、央视等广播电视行业相关者,由于HLG不包含显示元数据传输,图像记录和输出的Gamma曲线也不相同,两者并不相容,需要算法进行转换。

所以一台显示器或电视自称HDR时,就要谨慎进行区分对待了,例如作者真的就在买电视时被坑过,买到一款不支持HDR10的自称HDR电视,好在是京东上购买,退货比较方便。由于网上缺乏同一视频的HDR10和HLG对比,转换工具价格也比较昂贵。只有极少量YouTube用户会把自己用GH5等设备拍摄的HLG视频转换到HDR10上传,但没有同屏同画面对比等直观手段。

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