浅谈：HDR-视觉的魔术师

认识HDR

HDR为High-Dynamic Range Imaging（高动态范围成像）的缩写。它可以扩大曝光的范围，让影像的明暗更为明显。听不懂？没关系，我们用一个范例来说明，您就会有概念了。

首先简单介绍人类眼睛的机制。人类的瞳孔可以控制射入视网膜的光线数量。如果身处暗处，瞳孔会放大，以捕捉更多的光线；身处亮处，瞳孔会缩小，避免过多的光线伤害视网膜上的视神经。根据环境的不同，瞳孔会有不同的反应，但是最后目标都是一样的：控制光线多寡，让眼睛以能接受的亮度来看这个世界。

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图一：三种曝光的金属球和环境 [1]

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这里我们用相机来模拟眼睛－光圈是瞳孔，照片是影像。看看上面这三张照片（图一）：三颗金属球分别属于不同的环境。左边的环境很暗，中间正常，右边则是光线过强。

如果我们身处左边的环境，瞳孔会慢慢放大，景象亮度慢慢增高，最后变成中间的景象。

如果我们身处右边的环境，瞳孔会慢慢缩小，景象亮度慢慢降低，最后变成中间的景象。

值得注意的是，左边照片因为曝光不足而偏暗，但是高亮度部份（如天空）却因此而能够显现其细节。右边的影像则是刚好相反：低亮度部份（如梁柱间的阴影）可以显现其细节。中间的正常影像，虽然亮部和暗部的表现相当平均，但是高亮度部份的细节没有左图清楚，低亮度部份的细节也没有右图清楚。

这个现象的原因是：人类眼睛感光的动态范围，比可见光的动态范围还小。所以，我们用肉眼视物，一定会或多或少损失一些光线的细节。

我们用下面这张图片来说明：我们将中间那条由暗转亮的长条视为真实世界光线的动态范围，下面的短长条代表人类眼睛感光的动态范围。根据下面短长条所位于的动态范围，对应景物的亮度也会随着改变。

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图二：人眼感光动态范围和景物的关系

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如果人类眼睛感光的动态范围和现实世界光线的动态范围一样大，那会是什么样的情形呢？看看下面这张照片（图三）就知道了：

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图三：人眼感光动态范围和现实光线动态范围相同的影像表现

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在图三里面，亮部和暗部的细节都比原本正常的图片还要更加清晰。这种影像具有更高的动态范围，也就是所谓的HDR；相对于HDR，一般影像只有普通的动态范围，我们就叫它们为LDR（Low-Dynamic Range，低动态范围）或是SDR（Standard- Dynamic Range，标准动态范围）。

受限于眼睛的结构，肉眼无法直接看见HDR的影像，不过却可以利用电脑合成技术，将一组具有不同曝光度的几张普通照片，组合成HDR照片。上面那颗金属球的HDR照片，就是利用这种方式合成出来的。

我们再用另一个范例来说明。这是花莲富里乡的六十石山（图四），照片的光圈由左而右逐渐变大。将这一组照片利用软体合成后，就能得到下面的HDR照片（图五）：

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图四：花莲富里乡的六十石山，各种不同曝光度的照片集合[2]

图五：根据图四所合成出的HDR影像 [2]