HDR是什么？为什么能够提高观感体验 | HDR简单科普

HDR，一个也许你在很多地方听过的名词，不少手机电视相机厂商将HDR宣传为提升拍摄画质，改善显示效果的利器，一些视频网站也支持上传HDR视频，那么HDR究竟是什么？ 本篇内容就来为大家简单科普，HDR这技术，它的含义种类，它带来了什么又有哪些局限，以及我们如何正确的体验！

HDR全称High Dynamic Range，动态范围是一个十分泛用的词汇，在摄影、音乐、信号等领域都有相对应的含义，我们不用弄清楚这些专业领域的解释，只需要简单的理解为最大值与最小值的差异，让我们设身处地的感受一下动态范围。

假设我们身处一片海滩，海浪伴随海风的吹拂一次次扑在沙滩上，风平浪静的环境让我们感受宁静，这时候突然一阵狂风袭来，带着一波巨浪攀向地面。在这段体验中海面起伏的高低差异，就可以理解为海面的动态范围。

例如盯着屏幕观察，不含杂质的纯白显得空洞无趣，加入明暗的对比，画面似乎拥有了深度。而色彩的注入则更增添了一份感官刺激。在画面中亮度与色彩的差异也是一种动态范围，现在你已经初步理解了动态范围这个概念。现实世界中拥有十分复杂的光影关系，如何还原现实世界那具有冲击力的动态范围，便是相机与屏幕厂商需要思考的问题。

我们先从相机开始说起，相机通过打开快门让光进入，光穿过镜头组传感器接收光完成曝光过程，由于机能的限制相机能接受的动态范围是有限的，超过这一范围的信息就会丢失。比如我们拍摄一个明暗对比强烈的场景，使用更长的曝光时间就会让画面阴暗的部分细节一览无余，但明亮的部分就会一片空白，看不见里面的东西。反之曝光时间变短，亮处的细节被保留，但暗处就是一片漆黑。因为这个限制，摄影师需要根据拍摄的主题，调节各种参数进行取舍，保证拍摄的主体拥有最好的效果。如果我们想拍摄一张同时具有暗处与亮处细节的照片，可以拍摄多张不同曝光时间的照片，将不同照片的细节拼凑起来，就可以得到一张远超相机原本动态范围的图片，这就是HDR拍摄的实现原理。

在很多相机上也叫包围曝光或阶段曝光，这种方法经常被用在光学性能较差的手机上，厂商一般会使用各种改良的HDR算法，却尽可能多的保留细节，但是这样的照片实际上是将明暗变成了相似的亮度，并无法还原现实原本的明暗对比，这让不少HDR照片看起来更像是一幅画。

随着技术的发展相机可以捕捉的动态范围越来越广，越来越接近现实世界的观感，但观看高动态范围的画面，还需要经过文件存储与屏幕显示。我们先从容易理解的屏幕开始说起，在我们的视觉观感中颜色和亮度是最容易产生对比的，所以让屏幕展现更高动态范围的方法，就是提高屏幕能够呈现的色彩与亮度的范围。

首先是色彩，屏幕色彩有两个主要参数色深与色域，如果说色彩是一把尺子，色域就是尺子的长度，而色深则是尺子的刻度。色域越高能够展示的色彩范围越广，色深越高色彩的过渡则越平滑。

目前不少屏幕都已经可以实现广色域，10bit色深也逐渐降低到可以接受的价位。可以说，在色彩上不少屏幕都已经达到了HDR的基本要求，但是HDR的另一大因素亮度，则并非所有显示技术都可以轻易做到。在现实生活中夜晚的路灯就是典型的高反差场景，大多数普通LCD显示器的最大亮度约为300nit左右，而路灯的实际亮度则远远超过这个值，所以在屏幕上路灯就没有看起来那么耀眼。但我们只要能够让屏幕的亮度提高，让路灯的部分看起来足够亮，就能接近现实的反差感，也能保留原本物体的高光细节，比如太阳照亮的云朵、点亮的灯丝、火焰等等，我们还可以让黑色的部分更纯粹，让这种反差看起来更明显，不少旗舰手机上使用的AMOLED屏幕就可以做到黑色不发光，再加上1000nit以上的峰值亮度，使得手机屏幕很容易实现HDR的效果。在电视与显示器上，Mini -LED以及QD-OLED也是主攻HDR效果的主流技术。

目前针对显示器，视频电子标准协会VESA 推出了DisplayHDR认证，不同等级的数字对应的是显示器的最大亮度。TrueBlack则是能显示纯净黑色的显示器，一般为OLED显示器，HDR 400最高只有400nit的峰值亮度，并没有比普通显示器的300左右高很多。如果你希望选购一台能够体验HDR的显示器，最好以HDR 600认证作为入门门槛。

拥有了高素质的屏幕我们就能够完整欣赏高动态范围的内容了吗？这就需要了解HDR的第二个难点，计算机记录与呈现画面的方式。目前我们在电脑手机上看见的画面绝大多数都是以1996年的sRGB色域 8bit深输出的，远远无法承载主流相机能够捕捉的动态范围，所以相机在捕捉画面时，会将画面进行色调映射转化为sRGB、AdobeRGB等常用色域，再经过一些处理，以便能够在大多数屏幕上正常观看，但是这样损失了画面原有的动态范围。

我们举一个简单的例子，如果我们想将太阳和地球完整的展示在自己的屏幕上，我们的屏幕不像宇宙那般广袤，显然无法展示它们的实际大小，我们需要将它们按比例缩小到屏幕能够展示的范围，但是太阳是地球的109倍大，此时地球已经小到难以看清。如果将画面放大，那么屏幕就不能容纳完整的太阳，我们将太阳变小将地球略微放大，就能相对完整的观察他们两者的样貌。但是这样地球与太阳的大小对比，就不如现实中那般明显了，带来的光感冲击也被削弱了。

为了实现未来HDR的需求，ET.2100这一新国际标准诞生了，这个标准使用了远比SRGB丰富的REC.2020色域，至少10bit色深以及具备记录每一个像素亮度信息的能力。这样画面上的每一个部分就可以指定的数值亮度展示，在这个标准之上拥有三个常见的HDR制作规格，HDR10、HDR10+以及杜比视界，其中HDR10与HDR10+是开放标准，杜比视界则是杜比实验室开发的专有技术。

HDR10+与杜比视界除了拥有更高标定的峰值亮度以外，还具备“动态原数据”功能，能够根据场景的变换智能调节亮度映射，不会出现晴天过暴或夜晚漆黑一片的情况，我们一般称这三种规格制作的画面为HDR内容，而普通的则称为SDR内容。现在你已经了解了HDR的基础内容，但HDR目前仍处于发展期，HDR照片还没有通用标准，只有部分HDR视频与游戏具备完全的HDR，想要在自己的设备上观看HDR也有门槛。

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