hdr圖像技術(shù)論文
hdr圖像技術(shù)論文
HDR(High-Dynamic Range)在漢語中被譯為高動態(tài)范圍圖像。學(xué)習(xí)啦小編整理了hdr圖像技術(shù)論文，有興趣的親可以來閱讀一下!
hdr圖像技術(shù)論文篇一
淺析HDR技術(shù)在平板電視中的應(yīng)用
摘 要 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會的進(jìn)步，人們對于生活質(zhì)量的要求顯著提升，在電視機(jī)方面，人們越來越追求高清的畫面和豐富的色彩，而科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步為滿足人們需求提供了有力的援助。HDR技術(shù)源自攝影領(lǐng)域，電視機(jī)引入HDR技術(shù)后，其提供的畫面亮度和色彩都得到了顯著的提升，呈現(xiàn)出更加繽紛異彩的畫面，成為當(dāng)今全世界電視機(jī)制造商競相追求的技術(shù)。對此，本文以HDR技術(shù)在平板電視中的應(yīng)用為研究主題，對上述的問題進(jìn)行了分析和考察，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)部門提供參考和借鑒。
【關(guān)鍵詞】HDR技術(shù) 平板電視 應(yīng)用
HDR電視技術(shù)在2014年的CES展會上便初露鋒芒，到今天，HDR技術(shù)成為眾多電視制造廠家競相追捧的熱點(diǎn)?？梢哉f，如果誰掌握了HDR技術(shù)在電視中的應(yīng)用，誰就獲得了電視制造的核心競爭力。
1 HDR技術(shù)簡介
HDR(High-Dynamic Range)在漢語中被譯為高動態(tài)范圍圖像。HDR技術(shù)最早應(yīng)用在攝影中，相較普通的照片，使用HDR技術(shù)拍攝的照片可以提供更多的亮暗動態(tài)范圍，同時(shí)具有更多的色彩和圖像的細(xì)節(jié)，能更好地反映所拍攝內(nèi)容的真實(shí)效果。本文所要探討的在平板電視中應(yīng)用的HDR技術(shù)與之基本類似。
2 HDR技術(shù)在電視中的作用
2.1 HDR技術(shù)可以提供更多的亮度信息
在現(xiàn)實(shí)生活中我們不難發(fā)現(xiàn)，在同一環(huán)境下，肉眼直接所見的景象較經(jīng)過屏幕間接展示的畫面更加清晰和明亮。這是因?yàn)椋诂F(xiàn)實(shí)中的亮度動態(tài)范圍是十分廣泛的，即使在一些昏暗的角落中，也是存在亮度的，對于這些亮度，人眼是可以直接捕捉到的。但是，經(jīng)過拍攝后的影像在設(shè)備播放下，是很難展現(xiàn)這些亮度范圍的而導(dǎo)致亮度失真的原因很多，包括視頻格式有誤、視頻壓縮過度、顯示器顯示能力不足等。
為了更好地滿足人們視覺的需求，展現(xiàn)出畫面的更多色彩和細(xì)節(jié)，需要使用更加高端的拍攝設(shè)備。與此同時(shí)，為了更好地展現(xiàn)出拍攝設(shè)備所記錄的畫面，輸出設(shè)備也需要進(jìn)行技術(shù)革新，而HDR技術(shù)無疑出色地完成了這個(gè)任務(wù)。帶有HDR技術(shù)的電視，可以呈現(xiàn)出更多的亮度信息，為觀眾帶來精彩的視覺盛宴。
2.2 HDR技術(shù)可以提供更多的色彩和細(xì)節(jié)
HDR技術(shù)在幫助電視畫面增加亮度信息的同時(shí)，也使得依托在所增加的亮度上的色彩和細(xì)節(jié)得以展現(xiàn)。
對此，我們可以舉例說明。當(dāng)我們用設(shè)備拍攝煙火時(shí)，常常會遇到顯示設(shè)備難以較好地顯示出煙火中心色彩的情況，這是煙火中心亮度過高而導(dǎo)致的。但是，如果在拍攝的視頻中有水面，我們卻可以在水的倒影中看清煙火中心的顏色，這是因?yàn)樵谒牡褂爸?，煙火中心的亮度已?jīng)降低了好多個(gè)層次，從而使得顏色得以展現(xiàn)而出。而HDR技術(shù)正是增加了畫面的亮度信息，使得過去畫面中由于亮度限制而被遮蔽的色彩和細(xì)節(jié)可以展現(xiàn)出來，更加真實(shí)地反映拍攝的景象。
2.3 平板電視實(shí)現(xiàn)HDR所需的技術(shù)基礎(chǔ)
2.3.1 在顯示屏幕方面
需要實(shí)現(xiàn)高對比度和廣色域空間。亮度對比度方面目前主要依靠區(qū)域背光技術(shù)實(shí)現(xiàn)。海信在這方面有專利技術(shù)，其他廠商也有類似的技術(shù)在使用。色彩方面，量子點(diǎn)技術(shù)是目前高效提高電視機(jī)色域的最佳方案。該技術(shù)可以改變波長，能呈現(xiàn)出純正白光的紅藍(lán)綠三個(gè)組成顏色，讓色彩更純更真。目前索尼、三星、TCL等廠商都將量子點(diǎn)作為重點(diǎn)技術(shù)部署。
此外，OLED屏以其完全不同于傳統(tǒng)液晶屏幕的自發(fā)光無需背光方式，暗畫面完全沒有漏光，極大增強(qiáng)對比度。其色域上也有先天優(yōu)勢。目前是高端HDR電視方案的選擇。
2.3.2 在解碼芯片方面
HDR片源涵蓋了更多的色彩和亮度信息，所以解碼芯片和算法都要更加強(qiáng)大，目前業(yè)界以10bit的HDR解碼為參考標(biāo)準(zhǔn)，10bit解碼能輸出10.7億色，為HDR解碼帶來更強(qiáng)勁的動力。目前電視主流芯片廠晨星和瑞昱最新的中高端芯片大多都支持10bit HDR解碼了。
3 國內(nèi)外電視HDR技術(shù)的應(yīng)用狀況
3.1 國外電視HDR技術(shù)應(yīng)用狀況
由于HDR標(biāo)準(zhǔn)最早就是在國外建立，目前主流有杜比標(biāo)準(zhǔn)和BBC的標(biāo)準(zhǔn)，所以國外的電視HDR技術(shù)已經(jīng)發(fā)展得相對成熟，在HDR視頻拍攝到播放均有較為強(qiáng)大的硬件支持。國外廠商的杰出代表是日本的索尼公司，其本身便是老牌的攝影技術(shù)開發(fā)商。索尼擁有能夠記錄HDR高動態(tài)范圍的攝像機(jī)如F65、F55等。除了在攝影攝像技術(shù)上的獨(dú)當(dāng)一面之外，索尼在HDR電視上也有著較為成熟的發(fā)展，在電視機(jī)畫質(zhì)驅(qū)動芯片制造、電視機(jī)背光技術(shù)開發(fā)及圖像處理引擎上均有成熟的技術(shù)，這使得索尼公司的HDR電視有著強(qiáng)勁的表現(xiàn)。Sony推出的HLG技術(shù)可兼容普通電視，HLG可通過兩種不同的方式來分別對HDR信號當(dāng)中所包含的高光和低光部分進(jìn)行解碼，其中低光部分使用了標(biāo)準(zhǔn)伽瑪曲線，而高光部分則使用了對數(shù)曲線。
3.2 國內(nèi)電視HDR技術(shù)應(yīng)用狀況
盡管HDR技術(shù)是從國外引進(jìn)的，其技術(shù)的國際標(biāo)準(zhǔn)與高端技術(shù)也掌握在發(fā)達(dá)國家手中。但是就國內(nèi)的情況來說，國產(chǎn)電視商家的進(jìn)步是十分可喜的。在HDR標(biāo)準(zhǔn)方面，中國電子商會聯(lián)合中國電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院已經(jīng)發(fā)布《HDR顯示技術(shù)認(rèn)證規(guī)范》，還為首批通過認(rèn)證的產(chǎn)品頒發(fā)了“HDR認(rèn)證標(biāo)志”。據(jù)悉國際標(biāo)準(zhǔn)大部分也將在年內(nèi)完成。在日趨激烈的競爭中，國內(nèi)的電視廠商紛紛開展大力的宣傳，以昂揚(yáng)的姿態(tài)進(jìn)入市場，表現(xiàn)出積極奮發(fā)的發(fā)展態(tài)勢。
國內(nèi)電視制造較大的廠商如TCL、海信、創(chuàng)維、康佳等，都已經(jīng)將HDR技術(shù)引入到電視機(jī)制造生產(chǎn)之中，并且也在盡全力完善相關(guān)的配套設(shè)施建設(shè)。從相關(guān)的公司了解到，目前TCL公司的電視HDR技術(shù)發(fā)展比較迅速，已經(jīng)擁有了一套較為成熟的全生態(tài)HDR技術(shù)和產(chǎn)品生產(chǎn)線。
4 結(jié)語
HDR技術(shù)在圖像顯示上具有革新的重要意義，這與4K技術(shù)一起，為還原真實(shí)世界在觀眾面前貢獻(xiàn)出了巨大的能量。我們相信，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，HDR技術(shù)也會越來越成熟，與之相輔相成的硬件設(shè)施也會更加發(fā)達(dá)，從而為觀眾帶來異彩紛呈的視覺盛宴。
參考文獻(xiàn)
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[2]王莎，戴青，喬靜.基于HDR技術(shù)的虛擬圖像生成[J].微計(jì)算機(jī)信息，2007，23(30)：300-301.
作者單位
冠捷顯示科技(廈門)有限公司 福建省廈門市 361100
hdr圖像技術(shù)論文篇二
HDR全景貼圖在三維場景中的應(yīng)用流程
[摘 要] HDR全景貼圖在三維場景中的應(yīng)用非常廣泛，本文結(jié)合在學(xué)習(xí)和制作過程中的體驗(yàn),對HDR全景貼圖在三維場景中的應(yīng)用和制作流程進(jìn)行了描述。包括如何用按一定曝光差拍攝的系列曝光照片制作HDR圖片、如何制作全景HDR貼圖以及三維動畫場景制作中如何運(yùn)用HDR貼圖作為燈光和反射環(huán)境等方面的內(nèi)容。
[關(guān)鍵詞] HDR 全景貼圖 三維場景 流程
1.HDR貼圖含義及在三維動畫中的用途
HDR是High-Dynamic Range的縮寫，即高動態(tài)范圍。高動態(tài)范圍是指設(shè)備在不損失暗部和高光部分細(xì)節(jié)的情況下，記錄的場景從黑暗到最亮之間的接近真實(shí)的亮度范圍。普通的圖形文件是8位，每個(gè)象素只有0 - 255的灰度范圍，圖片亮度等級在256個(gè)灰度單位以內(nèi)。比如，一張普通的照片中如果有太陽和白云，那么太陽和白云在照片中呈現(xiàn)的是同樣的亮度――純白色，而太陽和白云的實(shí)際亮度差別是非常大的。可見，普通的圖形文件格式，遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有紀(jì)錄到現(xiàn)實(shí)場景真實(shí)的亮度關(guān)系。而HDR圖片則是通過對場景的同一角度按一定的曝光差進(jìn)行多次曝光，得到的各個(gè)分段的亮度圖像信息，經(jīng)過合成軟件合成后得到的32位寬動態(tài)范圍圖像，它的每一個(gè)像素除了普通的RGB信息，還有該點(diǎn)的實(shí)際亮度信息，亮度等級是2的32次方即幾十億，需要調(diào)整Exposure(曝光)值，才能看到整個(gè)圖的各個(gè)斷的細(xì)節(jié)。所記錄的細(xì)節(jié)信息量接近于人的眼睛所能看到的真實(shí)景象，這是普通圖像所無法企及的。因此，將其應(yīng)用于三維動畫和三維游戲、影視、廣告等領(lǐng)域作為渲染三維場景環(huán)境和光照的貼圖，大大的提高了場景的細(xì)節(jié)真實(shí)度，也大大減輕了三維場景設(shè)計(jì)的工作量，縮減了制作成本，應(yīng)用前景極廣。
2.制作HDR貼圖
2.1 拍攝原始照片素材
為了盡可能保留場景中豐富的細(xì)節(jié)，制作一張HDR貼圖最好拍攝5到7張同樣場景、不同曝光的照片進(jìn)行合成。至于調(diào)整曝光的方法，如果采用調(diào)整光圈的方法，景深就會有變化;如果調(diào)整ISO，高ISO又會產(chǎn)生很多噪點(diǎn)。所以應(yīng)該選擇改變快門速度的方法調(diào)整曝光。調(diào)整快門速度，有兩種方法：第一種可以調(diào)到快門優(yōu)先模式下，使用自動包圍曝光;第二種是進(jìn)入手動控制模式，就不必進(jìn)入菜單進(jìn)行各種設(shè)置，可以更快更準(zhǔn)。以1 EV曝光差拍攝5張至7張。手動對焦，可以防止焦點(diǎn)改變。將ISO設(shè)置到最低，同時(shí)將光圈調(diào)到最大。使用三腳架并且用快門線或無線遙控拍攝，可以保證合成時(shí)不錯位。格式用RAW，這樣可以記錄更完整的細(xì)節(jié)。
要制作一張全景的HDR貼圖，需要在拍攝點(diǎn)將周圍360度范圍分成8個(gè)等份，向8個(gè)方向用魚眼鏡頭分別拍攝5張至7張以1 EV曝光差曝光的RAW格式的全景照片。
2.2 合成HDR圖片
得到不同曝光的圖片以后，再用制作HDR的專業(yè)軟件合成，這類軟件大致有十幾款，如Artizen HDR、Dynamic-Photo HDR、easyHDR、Essential HDR、HDR Darkroom、HDR PhotoStudio、HDRShop、Photomatix Pro、Photoshop等等，通常比較流行的是用Photomatix和Photoshop這兩款軟件來合成HDR圖像，經(jīng)過比較，覺得還是Photoshop的效果最好。下面分別介紹一下這兩個(gè)軟件的合成步驟：
2.2.1 Photomatix合成步驟：
打開軟件后，先點(diǎn)擊Generate HDR image(生成HDR圖像)導(dǎo)入RAW圖片，勾選Align source images(對齊多張圖片),一般選擇“By matching features(通過匹配特征)”。這樣會使多張照片根據(jù)特征對齊，但是如果是手持拍攝的照片，使用這個(gè)功能對齊后的效果并不理想，遠(yuǎn)不如Photoshop的對齊效果完美。 “Reduce chromatic aberrations(減少色差)”與“Reduce Noise(減少噪點(diǎn))”如果是使用RAW格式照片，則不需要勾選。
接下來的部分是“Attempt to reduce ghosting artifacts(嘗試減少人造拖影)”，如果場景中有移動的物體可以勾選這個(gè)選項(xiàng)，如果沒有，不要勾選，否則圖像會過分銳化。剩下的選項(xiàng)保持默認(rèn)就可以，然后點(diǎn)擊面板上的“OK”， Photomatix就會把RAW文件處理為32位HDR圖像。得到HDR圖像后，在一般的顯示器上并不能觀看，因?yàn)橐话愕娘@示器不能顯示32位的HDR圖像，所以要借助像HDRView這樣的專門的HDR瀏覽器來觀看HDR圖像的效果。
2.2.2 Photoshop合成步驟：
打開Photoshop，在“文件”菜單中，點(diǎn)擊“自動”→“合并到HDR…”，導(dǎo)入RAW圖片，將左下角“嘗試自動對齊源圖像”勾選上，
點(diǎn)擊“確定”即得到32位HDR圖像。點(diǎn)擊“圖層”面板下方的“創(chuàng)建新的填充或調(diào)整圖層”按鈕，在彈出的下拉面板中依次選擇“曝光度”和“照片濾鏡”對圖像進(jìn)行微調(diào)，在“照片濾鏡”中，可以選擇“加溫濾鏡”或“冷卻濾鏡”，或使用HDR調(diào)色板選擇顏色對整體色調(diào)進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整完成后，保存為HDR格式。這樣，依次將8個(gè)方向拍攝的8套(每套5至7張)RAW圖片合成為8張HDR圖像。
2.3 制作HDR全景貼圖
打開HDRshop，在“文件”菜單中打開合成的HDR圖像，在“圖像”菜單中點(diǎn)擊“全景”→“全景轉(zhuǎn)化”，在“目標(biāo)圖像”的格式欄，選擇“緯度/經(jīng)度”，設(shè)置好寬和高。單擊“OK”,這樣就得到了一張長方形展開的HDR圖像。分別將另外7張HDR圖像作同樣處理，得到8張8個(gè)方向的展開的HDR圖像。將這8張HDR圖像在photoshop中進(jìn)行對位拼接，并利用“調(diào)整圖層”中的“曝光度”和“照片濾鏡”對圖像進(jìn)行微調(diào)。最終得到一張全景的HDR貼圖。
3.HDR全景貼圖在三維動畫場景制作中的運(yùn)用
3.1 建立HDR貼圖照明環(huán)境
打開Maya,以金屬球的渲染為例，創(chuàng)建一個(gè)NURBS球體模型，在“渲染設(shè)置”中切換到mental ray渲染，在Final Gathering中勾選Final Gathering。在Environment中，點(diǎn)擊Image Based Lighting后邊的Create按鈕，在創(chuàng)建的環(huán)境球的圖像文件夾中導(dǎo)入“全景HDR貼圖”。在Render Options中，取消“普通燈光照明”的勾選。這樣就建立了基于圖像的燈光照明環(huán)境。
3.2 為模型創(chuàng)建材質(zhì)。
在Hypershade中創(chuàng)建blinn材質(zhì)球，將其賦給金屬物體。將其Raflectivity值調(diào)至最大，Diffuse調(diào)為0，此時(shí)渲染，可見金屬對環(huán)境的反射已經(jīng)基本建立。
3.3 調(diào)整渲染。
試著在“渲染設(shè)置”面板中Final Gathering下的Accuracy值增大為400，Point Interpolation的值增大為20。在Final Gathering Quality中，將Filter值調(diào)大為2，將Raytrace/Scanline Quality中的Max Sample Level(最高采樣級別)值調(diào)大為2，它是處理圖像時(shí)每個(gè)像素使用的對象特定的最大采樣數(shù)。該值不能超過全局最高采樣級別值，超過的部分無效。渲染可見材質(zhì)反射增加了很多細(xì)節(jié)。
此時(shí)，因?yàn)榉瓷滟N圖使用的HDR圖像的亮度反差很大，所以反射中的最亮部分和最暗部分的對比太大，暗的部分看不清細(xì)節(jié)，因此需要用mentalry材質(zhì)節(jié)點(diǎn)中的mia_exposure_simple節(jié)點(diǎn)將亮度范圍壓縮調(diào)整到可接受的范圍，以適應(yīng)顯示設(shè)備的限制。在mentalry的Lenses中，創(chuàng)建一個(gè)mia_exposure_simple節(jié)點(diǎn)，選擇攝像機(jī)，將mia_exposure_simple節(jié)點(diǎn)用鼠標(biāo)中鍵拖給Perspshape面板上的mentalray中的Lens Shader屬性上，渲染可見，材質(zhì)反射亮度對比已經(jīng)比較合理，更加接近真實(shí)。至此，在三維場景中使用HDR全景貼圖建立光照和環(huán)境的工作基本完成。
4.結(jié)語
隨著 HDR相關(guān)的采集、顯示等等軟硬件技術(shù)的不斷發(fā)展，HDR必將在數(shù)字影像領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。對三維動畫、游戲、廣告…向高品質(zhì)、 高信息量的方向發(fā)展起到了關(guān)鍵性的作用。學(xué)習(xí)和研究HDR貼圖在三維場景制作中的應(yīng)用技術(shù)也將越來越具有應(yīng)用價(jià)值。
參考文獻(xiàn):
[1]朱秀明.高動態(tài)范圍圖像的合成及可視化研究 [D ].浙江:浙江大學(xué) , 2008 .