hdr图像技术论文
hdr图像技术论文
HDR(High-Dynamic Range)在汉语中被译为高动态范围图像。学习啦小编整理了hdr图像技术论文，有兴趣的亲可以来阅读一下!
hdr图像技术论文篇一
浅析HDR技术在平板电视中的应用
摘 要 随着经济的发展和社会的进步，人们对于生活质量的要求显著提升，在电视机方面，人们越来越追求高清的画面和丰富的色彩，而科学技术的进步为满足人们需求提供了有力的援助。HDR技术源自摄影领域，电视机引入HDR技术后，其提供的画面亮度和色彩都得到了显著的提升，呈现出更加缤纷异彩的画面，成为当今全世界电视机制造商竞相追求的技术。对此，本文以HDR技术在平板电视中的应用为研究主题，对上述的问题进行了分析和考察，希望能够为相关部门提供参考和借鉴。
【关键词】HDR技术 平板电视 应用
HDR电视技术在2014年的CES展会上便初露锋芒，到今天，HDR技术成为众多电视制造厂家竞相追捧的热点。可以说，如果谁掌握了HDR技术在电视中的应用，谁就获得了电视制造的核心竞争力。
1 HDR技术简介
HDR(High-Dynamic Range)在汉语中被译为高动态范围图像。HDR技术最早应用在摄影中，相较普通的照片，使用HDR技术拍摄的照片可以提供更多的亮暗动态范围，同时具有更多的色彩和图像的细节，能更好地反映所拍摄内容的真实效果。本文所要探讨的在平板电视中应用的HDR技术与之基本类似。
2 HDR技术在电视中的作用
2.1 HDR技术可以提供更多的亮度信息
在现实生活中我们不难发现，在同一环境下，肉眼直接所见的景象较经过屏幕间接展示的画面更加清晰和明亮。这是因为，在现实中的亮度动态范围是十分广泛的，即使在一些昏暗的角落中，也是存在亮度的，对于这些亮度，人眼是可以直接捕捉到的。但是，经过拍摄后的影像在设备播放下，是很难展现这些亮度范围的而导致亮度失真的原因很多，包括视频格式有误、视频压缩过度、显示器显示能力不足等。
为了更好地满足人们视觉的需求，展现出画面的更多色彩和细节，需要使用更加高端的拍摄设备。与此同时，为了更好地展现出拍摄设备所记录的画面，输出设备也需要进行技术革新，而HDR技术无疑出色地完成了这个任务。带有HDR技术的电视，可以呈现出更多的亮度信息，为观众带来精彩的视觉盛宴。
2.2 HDR技术可以提供更多的色彩和细节
HDR技术在帮助电视画面增加亮度信息的同时，也使得依托在所增加的亮度上的色彩和细节得以展现。
对此，我们可以举例说明。当我们用设备拍摄烟火时，常常会遇到显示设备难以较好地显示出烟火中心色彩的情况，这是烟火中心亮度过高而导致的。但是，如果在拍摄的视频中有水面，我们却可以在水的倒影中看清烟火中心的颜色，这是因为在水的倒影中，烟火中心的亮度已经降低了好多个层次，从而使得颜色得以展现而出。而HDR技术正是增加了画面的亮度信息，使得过去画面中由于亮度限制而被遮蔽的色彩和细节可以展现出来，更加真实地反映拍摄的景象。
2.3 平板电视实现HDR所需的技术基础
2.3.1 在显示屏幕方面
需要实现高对比度和广色域空间。亮度对比度方面目前主要依靠区域背光技术实现。海信在这方面有专利技术，其他厂商也有类似的技术在使用。色彩方面，量子点技术是目前高效提高电视机色域的最佳方案。该技术可以改变波长，能呈现出纯正白光的红蓝绿三个组成颜色，让色彩更纯更真。目前索尼、三星、TCL等厂商都将量子点作为重点技术部署。
此外，OLED屏以其完全不同于传统液晶屏幕的自发光无需背光方式，暗画面完全没有漏光，极大增强对比度。其色域上也有先天优势。目前是高端HDR电视方案的选择。
2.3.2 在解码芯片方面
HDR片源涵盖了更多的色彩和亮度信息，所以解码芯片和算法都要更加强大，目前业界以10bit的HDR解码为参考标准，10bit解码能输出10.7亿色，为HDR解码带来更强劲的动力。目前电视主流芯片厂晨星和瑞昱最新的中高端芯片大多都支持10bit HDR解码了。
3 国内外电视HDR技术的应用状况
3.1 国外电视HDR技术应用状况
由于HDR标准最早就是在国外建立，目前主流有杜比标准和BBC的标准，所以国外的电视HDR技术已经发展得相对成熟，在HDR视频拍摄到播放均有较为强大的硬件支持。国外厂商的杰出代表是日本的索尼公司，其本身便是老牌的摄影技术开发商。索尼拥有能够记录HDR高动态范围的摄像机如F65、F55等。除了在摄影摄像技术上的独当一面之外，索尼在HDR电视上也有着较为成熟的发展，在电视机画质驱动芯片制造、电视机背光技术开发及图像处理引擎上均有成熟的技术，这使得索尼公司的HDR电视有着强劲的表现。Sony推出的HLG技术可兼容普通电视，HLG可通过两种不同的方式来分别对HDR信号当中所包含的高光和低光部分进行解码，其中低光部分使用了标准伽玛曲线，而高光部分则使用了对数曲线。
3.2 国内电视HDR技术应用状况
尽管HDR技术是从国外引进的，其技术的国际标准与高端技术也掌握在发达国家手中。但是就国内的情况来说，国产电视商家的进步是十分可喜的。在HDR标准方面，中国电子商会联合中国电子技术标准化研究院已经发布《HDR显示技术认证规范》，还为首批通过认证的产品颁发了“HDR认证标志”。据悉国际标准大部分也将在年内完成。在日趋激烈的竞争中，国内的电视厂商纷纷开展大力的宣传，以昂扬的姿态进入市场，表现出积极奋发的发展态势。
国内电视制造较大的厂商如TCL、海信、创维、康佳等，都已经将HDR技术引入到电视机制造生产之中，并且也在尽全力完善相关的配套设施建设。从相关的公司了解到，目前TCL公司的电视HDR技术发展比较迅速，已经拥有了一套较为成熟的全生态HDR技术和产品生产线。
4 结语
HDR技术在图像显示上具有革新的重要意义，这与4K技术一起，为还原真实世界在观众面前贡献出了巨大的能量。我们相信，随着技术的不断发展，HDR技术也会越来越成熟，与之相辅相成的硬件设施也会更加发达，从而为观众带来异彩纷呈的视觉盛宴。
参考文献
[1](美)卡尔(Carr，P.)，(美)科雷尔(Correll)，等.HDR技术[M].北京：人民邮电出版社，2011.
[2]王莎，戴青，乔静.基于HDR技术的虚拟图像生成[J].微计算机信息，2007，23(30)：300-301.
作者单位
冠捷显示科技(厦门)有限公司 福建省厦门市 361100
hdr图像技术论文篇二
HDR全景贴图在三维场景中的应用流程
[摘 要] HDR全景贴图在三维场景中的应用非常广泛，本文结合在学习和制作过程中的体验,对HDR全景贴图在三维场景中的应用和制作流程进行了描述。包括如何用按一定曝光差拍摄的系列曝光照片制作HDR图片、如何制作全景HDR贴图以及三维动画场景制作中如何运用HDR贴图作为灯光和反射环境等方面的内容。
[关键词] HDR 全景贴图 三维场景 流程
1.HDR贴图含义及在三维动画中的用途
HDR是High-Dynamic Range的缩写，即高动态范围。高动态范围是指设备在不损失暗部和高光部分细节的情况下，记录的场景从黑暗到最亮之间的接近真实的亮度范围。普通的图形文件是8位，每个象素只有0 - 255的灰度范围，图片亮度等级在256个灰度单位以内。比如，一张普通的照片中如果有太阳和白云，那么太阳和白云在照片中呈现的是同样的亮度――纯白色，而太阳和白云的实际亮度差别是非常大的。可见，普通的图形文件格式，远远没有纪录到现实场景真实的亮度关系。而HDR图片则是通过对场景的同一角度按一定的曝光差进行多次曝光，得到的各个分段的亮度图像信息，经过合成软件合成后得到的32位宽动态范围图像，它的每一个像素除了普通的RGB信息，还有该点的实际亮度信息，亮度等级是2的32次方即几十亿，需要调整Exposure(曝光)值，才能看到整个图的各个断的细节。所记录的细节信息量接近于人的眼睛所能看到的真实景象，这是普通图像所无法企及的。因此，将其应用于三维动画和三维游戏、影视、广告等领域作为渲染三维场景环境和光照的贴图，大大的提高了场景的细节真实度，也大大减轻了三维场景设计的工作量，缩减了制作成本，应用前景极广。
2.制作HDR贴图
2.1 拍摄原始照片素材
为了尽可能保留场景中丰富的细节，制作一张HDR贴图最好拍摄5到7张同样场景、不同曝光的照片进行合成。至于调整曝光的方法，如果采用调整光圈的方法，景深就会有变化;如果调整ISO，高ISO又会产生很多噪点。所以应该选择改变快门速度的方法调整曝光。调整快门速度，有两种方法：第一种可以调到快门优先模式下，使用自动包围曝光;第二种是进入手动控制模式，就不必进入菜单进行各种设置，可以更快更准。以1 EV曝光差拍摄5张至7张。手动对焦，可以防止焦点改变。将ISO设置到最低，同时将光圈调到最大。使用三脚架并且用快门线或无线遥控拍摄，可以保证合成时不错位。格式用RAW，这样可以记录更完整的细节。
要制作一张全景的HDR贴图，需要在拍摄点将周围360度范围分成8个等份，向8个方向用鱼眼镜头分别拍摄5张至7张以1 EV曝光差曝光的RAW格式的全景照片。
2.2 合成HDR图片
得到不同曝光的图片以后，再用制作HDR的专业软件合成，这类软件大致有十几款，如Artizen HDR、Dynamic-Photo HDR、easyHDR、Essential HDR、HDR Darkroom、HDR PhotoStudio、HDRShop、Photomatix Pro、Photoshop等等，通常比较流行的是用Photomatix和Photoshop这两款软件来合成HDR图像，经过比较，觉得还是Photoshop的效果最好。下面分别介绍一下这两个软件的合成步骤：
2.2.1 Photomatix合成步骤：
打开软件后，先点击Generate HDR image(生成HDR图像)导入RAW图片，勾选Align source images(对齐多张图片),一般选择“By matching features(通过匹配特征)”。这样会使多张照片根据特征对齐，但是如果是手持拍摄的照片，使用这个功能对齐后的效果并不理想，远不如Photoshop的对齐效果完美。 “Reduce chromatic aberrations(减少色差)”与“Reduce Noise(减少噪点)”如果是使用RAW格式照片，则不需要勾选。
接下来的部分是“Attempt to reduce ghosting artifacts(尝试减少人造拖影)”，如果场景中有移动的物体可以勾选这个选项，如果没有，不要勾选，否则图像会过分锐化。剩下的选项保持默认就可以，然后点击面板上的“OK”， Photomatix就会把RAW文件处理为32位HDR图像。得到HDR图像后，在一般的显示器上并不能观看，因为一般的显示器不能显示32位的HDR图像，所以要借助像HDRView这样的专门的HDR浏览器来观看HDR图像的效果。
2.2.2 Photoshop合成步骤：
打开Photoshop，在“文件”菜单中，点击“自动”→“合并到HDR…”，导入RAW图片，将左下角“尝试自动对齐源图像”勾选上，
点击“确定”即得到32位HDR图像。点击“图层”面板下方的“创建新的填充或调整图层”按钮，在弹出的下拉面板中依次选择“曝光度”和“照片滤镜”对图像进行微调，在“照片滤镜”中，可以选择“加温滤镜”或“冷却滤镜”，或使用HDR调色板选择颜色对整体色调进行调整。调整完成后，保存为HDR格式。这样，依次将8个方向拍摄的8套(每套5至7张)RAW图片合成为8张HDR图像。
2.3 制作HDR全景贴图
打开HDRshop，在“文件”菜单中打开合成的HDR图像，在“图像”菜单中点击“全景”→“全景转化”，在“目标图像”的格式栏，选择“纬度/经度”，设置好宽和高。单击“OK”,这样就得到了一张长方形展开的HDR图像。分别将另外7张HDR图像作同样处理，得到8张8个方向的展开的HDR图像。将这8张HDR图像在photoshop中进行对位拼接，并利用“调整图层”中的“曝光度”和“照片滤镜”对图像进行微调。最终得到一张全景的HDR贴图。
3.HDR全景贴图在三维动画场景制作中的运用
3.1 建立HDR贴图照明环境
打开Maya,以金属球的渲染为例，创建一个NURBS球体模型，在“渲染设置”中切换到mental ray渲染，在Final Gathering中勾选Final Gathering。在Environment中，点击Image Based Lighting后边的Create按钮，在创建的环境球的图像文件夹中导入“全景HDR贴图”。在Render Options中，取消“普通灯光照明”的勾选。这样就建立了基于图像的灯光照明环境。
3.2 为模型创建材质。
在Hypershade中创建blinn材质球，将其赋给金属物体。将其Raflectivity值调至最大，Diffuse调为0，此时渲染，可见金属对环境的反射已经基本建立。
3.3 调整渲染。
试着在“渲染设置”面板中Final Gathering下的Accuracy值增大为400，Point Interpolation的值增大为20。在Final Gathering Quality中，将Filter值调大为2，将Raytrace/Scanline Quality中的Max Sample Level(最高采样级别)值调大为2，它是处理图像时每个像素使用的对象特定的最大采样数。该值不能超过全局最高采样级别值，超过的部分无效。渲染可见材质反射增加了很多细节。
此时，因为反射贴图使用的HDR图像的亮度反差很大，所以反射中的最亮部分和最暗部分的对比太大，暗的部分看不清细节，因此需要用mentalry材质节点中的mia_exposure_simple节点将亮度范围压缩调整到可接受的范围，以适应显示设备的限制。在mentalry的Lenses中，创建一个mia_exposure_simple节点，选择摄像机，将mia_exposure_simple节点用鼠标中键拖给Perspshape面板上的mentalray中的Lens Shader属性上，渲染可见，材质反射亮度对比已经比较合理，更加接近真实。至此，在三维场景中使用HDR全景贴图建立光照和环境的工作基本完成。
4.结语
随着 HDR相关的采集、显示等等软硬件技术的不断发展，HDR必将在数字影像领域得到越来越广泛的应用。对三维动画、游戏、广告…向高品质、 高信息量的方向发展起到了关键性的作用。学习和研究HDR贴图在三维场景制作中的应用技术也将越来越具有应用价值。
参考文献:
[1]朱秀明.高动态范围图像的合成及可视化研究 [D ].浙江:浙江大学 , 2008 .