一个时期以来“HDR”技术成了不少影像界人士的谈资，与此相应的，现在不少技术和设备与“HDR”攀上了亲，仿佛一夜之间这门技术已触手可得。
也许不少人都听说过甚至碰到过“HDR”这项技术，比如苹果等手机拍照功能上有所谓的“HDR”功能，也知道HDR会使得照片看上去更好些。这似乎也没错，但事实上就“HDR”技术来说并非是同一回事。
今天就给大家做个科普吧。
一、 什么是“HDR”技术
HDR是英文“High Dynamic Range”的英文缩写，中文意思是高动态范围态围。
动态范围是什么意思呢？可以理解为一个变量值从小到大变化的范围，比如声音从最小到最大的范围，亮度从最小到最大的范围等等。
就人的感觉器官而言，这个范围可以很大，大大超出一般技术所能达到的记录或呈现的范围。
拿照片或影像来说，其记录或呈现的远不及人眼所看到的范围，也就是说或多或少动态范围受到了压缩。为了更接近人眼所看到的，于是就有了提高动态范围的解决方案即“HDR”技术。
目前看来，“HDR”应用还是比较普遍的。
像前面提到过的手机拍照也用上了它，至于相机、摄像机、电视机、投影机等，甚至电影放映机上 “HDR”字眼似乎也经常映入眼帘。
细细区分，这些标上“HDR”的设备，其实未必是同一种技术，也未必是同一个标准。
就拿摄影上的“HDR”技术来说，虽说是一种“提高动态范围”的技术，用来使照片更真实反映自然界的景致，说白了其实是一种包围曝光手法。
下图中的三张照片能够说明相机“HDR”技术的原理。
由于受CCD或CMOS感光元件动态范围所限，我们在摄影时面对高光比场景很难同时把明区或暗区都有层次的记录下来（如上文中两图），采用“HDR”技术，就是分别拍三张不同曝光值的照片，通过算法将其叠合在一起，得到一张整体层次感分明、色彩艳丽的照片（如图中下图）。
至于活动图像我们称为影像或视频，“HDR”就不是这样的意思了。
就视频来说，采集端（摄像机）要比显示端（电视机、投影机甚至数字放映机和监视器）的动态范围要大多。
目前的摄影机都有14到18档的范围，而显示器大都只有6到8档的范围，都远远小于人眼的感知范围，结果是我们看到的影像远不如现实的景致那么富有色彩和层次。
为了缩小这种差别，专家们试图从5个维度进行改进，分别是像素、色域、色深、帧率和动态范围。
当然这5个维度并非独立，而是相互关联的，企图单单用一个维度来改善影像质量似乎并不明显。
大家知道的标清（1280×720）、高清（1920×1080）、超高清（3840×2160）以至于甚高清（7680×4320），对应电影技术就是1.3K、2K、4K、8K等就是人们在像素方面的努力；
而在色域方面，电影行业从最初的DCI扩充到REC.2020(广电系统由高清的REC.709扩充到超高清的REC.2020)，色深方面也又8位256级提高到10位1024级，帧率方面大家更熟悉了，尝试了从24帧到48帧60帧甚至120帧的进步，大家所看到的李安执导的影片“比利林恩的中场战事”让我们有了这种提高的感受。
好了，这第五个维度就是今天我们讨论的“动态范围”。
二、“HDR”技术及发展
其实与其他5个维度的发展类似，“HDR”早在2015年就提出了，而真正被大众了解的却是Dolby Vision（杜比世界）他的核心就是HDR。
目前，HDR有4个标准分别是DolbyVision、HDR10、HLG和SL-HDR1。
DOLBY VISION是杜比实验室的HDR格式，获得了SMPTE（美国电影电视工程师协会）的支持。
DolbyVision包括高达4K分辨率的感知量化（SMPTE ST 2084）电光传输功能和宽色域色彩空间（ITU-R Rec.2020）。
HDR10则是Samsung、SONY、LG等家电大厂希望有一个比Dolby提供的更开放的平台,节约支付给Dolby专利费，又无需增加一个提交认证的流程来削弱对于自身产品的控制权，因此他们开始开发自己的对于HDR视频的方案，最终进化成一个标准——HDR10。
HLG的全称是Hybrid Log Gamma，它是由英国BBC和日本NHK电视台联合开发的高动态范围HDR的一个标准。两国的专业人士通过共同努力，提供了一种在高动态范围的图像采集和制作上都更加容易的方式。
SL-HDR1是由意法半导体，飞利浦国际公司，CableLabs和Technicolor R＆D法国共同开发的HDR标准。它在2016年8月被标准化为ETSI TS 103 433。其中前三个讨论最为激烈。
电影和流媒体运营商大多支持Dolby Vision与HDR10 ，HDR10的主要两个不同之处在于杜比视觉具有12位颜色深度和动态元数据。颜色深度允许高达10,000-nit最大亮度（在实践中掌握到4,000-nit）。
它可以编码掌握使用静态元数据（SMPTE ST 2086）显示信息比色法而且还提供对每个场景的动态元数据（SMPTE ST 2094-10，杜比格式），而以BBC、NHK为代表的电视台则选择站在HLG这边。
除去以上4个标准主导者、支持者和应用领域（DolbyVision主要应用于电影和流媒体，其他更多是是应用于电视和视频领域）的不同，其核心部分都差不多，都对亮度指标、色域、色深和像素提出了要求。
如DOLBY VISION规定：亮度是10000尼特、色域是REC.2020、色深是12bit(1048576级)、像素是4K（880万）。
这里特别要对色深作一解释。
所谓色深是影像数字化后，对于彩色信息的量化值，也可以理解成各种色彩过渡的级数。
很自然的级数越多过渡越自然，显示的色彩越接近实际，目前的HD高清视频，其色深是8bit,也就是256级。
从上可见，“HDR”在指标上的进步是非常大的，对影像质量的提升必然是明显的。
三、 电影“HDR”技术
目前来看，电影“HDR”技术虽然没有形成技术标准，但事实上，杜比视界（DolbyVision）的“HDR”技术率先展示了对影像质量的提升。
在技术方面，DolbyVision采用了SMPTE 2084 EOTF电光转换函数，而峰值亮度将会设定在10000nit，将会是高清标准的100倍。
杜比早年收购Bright Side公司之后就一直致力于HDR显示技术的研究，开发了一台42英寸，动态范围直逼18档的HDR监视器（名为Pulsar），峰值亮度4000尼特，对比度200000：1，相比起来，专业监视器则是80-120尼特，2000：1。
不过，鉴于现有的杜比专业监视器还只能工作在4000nit，因此DolbyVsion现阶段还是有所保留，不过随着技术的发展将有机会达到更高的峰值。对于影院环境，杜比使用了科视（Christie）新开发的双机4K激光投影系统，峰值亮度107尼特（普通影院为48尼特），对比度可以达到不可思议的1000000：1。
前面说过DolbyVision HDR技术的标准是：亮度10000尼特、色域是REC.2020、色深12bit(1048576级)、像素4K（880万），很明显目前的数字放映机和银幕反射显示系统很难达到要求，尤其是亮度、色深等，好在随着激光光源在色域和亮度上均有所突破，在全黑条件下依然能获得不错的主观感受，当然高对比度是显示系统的一项重要要求。
因此，DolbyVision（杜比视界）所要求的放映机是科视为其定制的对比度高达1000000:1的放映机，显然可以满足其HDR调制技术的专用显示器对比度标准。
未来“HDR”电影要在影院中获得优异影像的要求，必须在亮度、色域和对比度上再上一层楼。
作为数字放映机和银幕反射型显示系统，如果采用激光光源、提高原生对比度，比如亮度达到150尼特（折合40FL）、对比度大于10000:1是有可能做到的，这就为HDR技术在影院中的应用提供了先决条件。
结语
HDR技术是目前电影技术在高清、广色域、高帧率等提升画质手段后出现的又一个新技术，它的应用将在很大程度上提升现有影院的影像质量，结合激光光源、高画质银幕、高对比度放映机等，带给观众以更优质的的观影体验，值得期待。
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