近年来，我们经常能在手机上、视频网站上看见HDR技术，甚至许多手机、相机等也配备了HDR拍摄模式，那么我们今天就用一篇简单的科普了解一下HDR是什么？目前的HDR技术主要是如何实现？在显示设备和今后的发展上如何？

什么是HDR？

HDR（高动态范围）是一种能够让照片、视频同时保留亮部和暗部细节的技术。

tips：这里指的HDR主要是从内容本身就是HDR内容，而不是将很高动态范围内容压制到SDR格式文件里的HDRi

人眼能感知到的亮度范围相当大，我们的人眼可以说就是一台具有超高动态范围的摄像机，而拍摄设备和显示设备却往往还达不到这一水准。

于是，HDR技术的目标就是通过前期拍摄、后期显示等技术流程手段，尽可能地提高画面的动态范围，使得影像能尽可能地还原真实世界中从明亮部分到阴影部分的广泛亮度范围，使影像能更接近人眼感受到的效果。

简单来说，HDR技术能让影像亮的地方不过曝至死白、暗的地方不过暗至死黑，还要同时保留光影层次，有效提高了影像的层次感和细节丰富度。

介于公众号无法展示HDR图片，只能用HDRi的形式示意：

HDR拍摄技术

HDR的影像内容的先决条件显然是拍摄的传感器本身能够支持捕捉下较大的动态范围，由于这其中的技术比较复杂，我们这里不讲技术本身，大家只需要知道，现在传感器技术不断发展，尽可能用到了这些技术来实现更好的画面拍摄效果就可以了。

目前主流设备（例如手机、相机）等，实现HDR的主要方式有两种：多帧融合HDR和提升传感器单次曝光时的动态范围的单帧HDR。

首先是多帧融合HDR，简单来说，其原理就是拍摄时候，设备会连续连拍多帧不同曝光的影像，依靠传感器极快的读出速度和处理器强大的算力，挑选出各帧的最佳亮部和暗部细节，再结合算法（例如去除重复像素、消除抖动产生的无效像素等等），合成最终HDR影像，部分相机的“HDR”模式（或者说多重曝光合成），也采用了类似的手段。

在传感器上“作文章”，实现单次曝光就能捕获更高动态范围的就是单帧HDR，从硬件上就解决问题是目前主要的提升方向。现在无论是相机传感器还是手机传感器，都可能会用到类似多像素合并、Dual Gain（双增益）、Lateral Overflow Integration Capacitor（LOFIC，横向溢出积分电容技术）等新技术，来进一步、尽可能地画面的信噪比、动态范围，从而捕获下具有更丰富动态范围的内容。

HDR的主流标准

在视频和显示领域，HDR已经有几种常见的标准，但目前尚未形成统一。

最基本也是最广泛的是HDR10：它是一种开放的HDR编码标准，使用静态元数据（即整段视频使用一套亮度范围设定），无需付费授权。它要求片源最低有10bit色深，但对分辨率没有特别的要求。

HLG（Hybrid Log-Gamma）采用混合对数伽玛（Hybrid Log Gamma），同样为静态元数据形式，也无需付费授权，因此其应用也相对广泛。并且由于这一标准是由两家“电视台”开发，因此这一标准也可以更好地兼容传统的电视信号，更易于推广到传统的广播领域。

相比之下，HDR10+和Dolby Vision（杜比视界）都引入了动态元数据：这意味着它们可以针对每个场景、甚至每一帧单独指定亮度和色彩映射，从而获得更精准、更优秀的显示效果。

HDR10+由三星和美国的几家流媒体网站等主导制定，与杜比视界类似，但同样不需要授权费用；

杜比视界则支持最高位色深和每帧动态调节，图像最细腻，但需要相对高昂的授权费用。

两者的实际视觉效果其实比较相近，不过目前杜比视界在电影方面的推广，其片源更多、支持相对也更广泛。

HDR显示设备

HDR不仅是一种拍摄技术，也要显示设备可以正确显示它，才能发挥它的优势。

要想让HDR效果更好，那么显示屏就需要更高的亮度和对比度，以及更广的色域。如果不严谨地来说，显示器的峰值亮度越高、对比度越大，可能对于HDR的支持效果就越好。

当然，对于显示器来说，HDR也是有认证标准的，例如常见的VESA DisplayHDR认证，它

主要针对LCD显示器，也就是大家在选购显示器时常能看见的所谓“HDR400”、“HDR600”等标识，不同的认证等级对应的峰值亮度、色域覆盖、对比度等要求并不相同，因此越高的等级自然会有着更好的HDR显示效果。

目前很多很多高端电视、电脑显示器等设备，都可以通过大亮度面板、广色域、调光等来实现HDR显示效果，常见支持HDR10、杜比视界等标准。

而手机屏幕虽然尺寸小，但目前手机都通常采用高亮度的OLED屏，也能支持HDR10/Dolby Vision播放，在许多手机在系统层面也能支持显示较亮的HDR静态图像。

综合来说，高亮度+高对比+宽色域是硬件层面提升HDR体验的关键。

HDR的未来展望

展望未来，HDR技术将从多个方面继续进步。

首先是显示设备的硬件面板：随着Mini/Micro LED、量子点OLED等新技术的持续发展，显示器峰值亮度有望进一步提高、对比度更高，色域更宽，这些都将使HDR画面变得更加逼真。

然后是拍摄端传感器：新一代的图像传感器上也可能可能看到更多更高动态范围的CMOS传感器和光学方案，直接捕捉更大亮度范围的画面。

AI或许也将扮演越来越重要的角色，例如通过利用AI来恢复、生成画面细节等等。

未来HDR技术一定会持续发展，持续打通从拍摄、传输分项、显示观看的流程，让人们能够以更低门槛、更方便的方式观看HDR内容，并且也有望在车载、VR、AR等领域进一步普及。

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