前言动态范围(Dynamic Range)最早是信号系统的概念一个信号系统的动态范围被定义成最大不失真电平和噪声电平的差。而在实际用途中多用对数和比值来表示一个信号系统的动态范围对于底片扫描仪来说动态范围是指扫描仪能记录原稿的色调范围即原稿最暗点的密度(Dmax)和最l亮处密度值(Dmin)的差值。而对于胶片和感光元件来说动态范围表示图像中所包含的从最暗至最亮的范围。动态范围越大所能表现的层次越丰富所包含的色彩空间也越广。什么是动态范围动态范围Dynamic Range是图像传感器重要的参数之一它决定了图像传感器能接收的阴影部分到高光部分的光亮强度分布范围也就是决定了所拍摄出来的图像的细节、层次、特征。传统胶片成像基于光化学理论在相机拍摄时光线通过相机镜头达到胶片的感光晶体卤化银上引起胶片的光学密度发生变化曝光量越大光学密度越小呈现非线性关系。当有光线照射到卤化银上时卤化银转变为黑色的银经过显影工艺后固定于片基成为黑白胶片。彩色胶片则是涂抹了三层卤化银来表现三原色。数字图像成像利用图像传感器CCD、CMOS把接收到的光信号通过传感器上的光敏单元离散成正比于曝光量的成千上万个像素点并转换成模拟电压信号再经过A/D转换处理后变成数字信号最后经过微处理器的非线性运算转换成图像的标准存储格式。例如BMP、JPEG、TIFF等存储在物理介质上。动态范围的定义动态范围定义为最大可测光强与最小可测光强的比值还可以定义为像素阱容量饱和时与无光照条件下的像素噪声电子数的比值单位用分贝dB表示表达式为自然场景中从无月的暗夜到太阳直射的动态范围约为180dB而普通的图像传感器由于势阱容量的限制动态范围通常在70dB左右。真实世界中同一场景中动态范围变化很大我们称之为高动态范围High Dynamic Range相对的普通图片上的动态范围为低动态范围Low Dynamic Range。相机的成像过程实际上就是真实世界的高动态范围到相片的低动态范围的映射非线性例如动态范围的影响因素阱容量普通图像传感器由于感光元件阱容量有限存储光电荷的能力也有限当光照强度超过一定程度时存储的电荷达到饱和将无法再接收。一旦这些像素满载光子便会溢出溢出就会导致信息损失。以红色为例高光溢出使满载红色的像素附近的其它像素的值都变成255但其实它们的真实值并没有达到255。换句话说画面的细节发生了损失这样会造成高光部分的信息缺失。如果我们以减少曝光时间来防止高光溢出很多用来描述昏暗环境的像素则没有足够的时间接收光子量得出的像素值为0这样就会导致昏暗部分的信息缺失。图像位深目前普通的输出/显示设备受软硬件的限制使得数字图像处理部分大多是基于8bit来进行的只能表示出256个灰度等级导致图像的亮度等级与真实场景的亮度等级相差较大。因此传统的图像传感器无论接收的图像有多大的亮度差只要它被数字化为8位图像那么这幅图像就只有256灰度级。若图像传感器的动态范围不同它们提供的256级灰度反映的实际亮度差是不同的即动态范围越大就越能显示自然界的亮度变化。提高动态范围的方法阱容量调节提高像素满阱容量或降低像素噪声水平是直接提高图像传感器动态范围的方法。然而现代像素的尺寸不断缩小对于一个给定的像素架构其具有固定的填充因子因此很难通过提高满阱容量的方法来扩展动态范围。位深调节提高图像位数是一个较为普遍的方法能够通过将一幅图像的灰度级提高来体现更多的层次和更宽的动态范围。对数响应技术通过改变像素的信号输出曲线来推迟像素达到饱和时所需要的时间从而实现增大像素电荷容量、扩展动态范围的目的。多重曝光技术在不改进像素光电二极管的前提下传统低动态范围的图像传感器可以通过合成多张曝光图片来获得高动态范围图片。结束语:我们一起学习阅读其过程中更进一步声明:部分内容来源于网络仅供读者学术交充之目的。文章版权归原作者所有。如有不妥请联系删除。