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,希望能夠為相關(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。可以說,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。這是因為,在現(xiàn)實中的亮度動態(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,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,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,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,這是因為在水的倒影中,煙火中心的亮度已經(jīng)降低了好多個層次,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,更加真實地反映拍攝的景象。
2.3 平板電視實現(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,量子點技術(shù)是目前高效提高電視機色域的最佳方案。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等廠商都將量子點作為重點技術(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)范圍的攝像機如F65、F55等。除了在攝影攝像技術(shù)上的獨當(dāng)一面之外,索尼在HDR電視上也有著較為成熟的發(fā)展,在電視機畫質(zhì)驅(qū)動芯片制造、電視機背光技術(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)
[1](美)卡爾(Carr,P.),(美)科雷爾(Correll),等.HDR技術(shù)[M].北京:人民郵電出版社,2011.
[2]王莎,戴青,喬靜.基于HDR技術(shù)的虛擬圖像生成[J].微計算機信息,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,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的亮度范圍。普通的圖形文件是8位,每個象素只有0 - 255的灰度范圍,圖片亮度等級在256個灰度單位以內(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,而太陽和白云的實際亮度差別是非常大的??梢姡胀ǖ膱D形文件格式,遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有紀(jì)錄到現(xiàn)實場景真實的亮度關(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,它的每一個像素除了普通的RGB信息,還有該點的實際亮度信息,亮度等級是2的32次方即幾十億,需要調(diào)整Exposure(曝光)值,才能看到整個圖的各個斷的細(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)真實度,也大大減輕了三維場景設(shè)計的工作量,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。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,可以防止焦點改變。將ISO設(shè)置到最低,同時將光圈調(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,需要在拍攝點將周圍360度范圍分成8個等份,向8個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軟件的合成步驟:
2.2.1 Photomatix合成步驟:
打開軟件后,先點擊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)”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選項,如果沒有,不要勾選,否則圖像會過分銳化。剩下的選項保持默認(rèn)就可以,然后點擊面板上的“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,因為一般的顯示器不能顯示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,
點擊“確定”即得到32位HDR圖像。點擊“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,它是處理圖像時每個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,因為反射貼圖使用的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)點中的mia_exposure_simple節(jié)點將亮度范圍壓縮調(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mia_exposure_simple節(jié)點,選擇攝像機,將mia_exposure_simple節(jié)點用鼠標(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。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 .