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擴(kuò)展壓縮
在音頻工程中，人們利用壓縮/擴(kuò)展器件來(lái)達(dá)到動(dòng)態(tài)范圍壓縮或擴(kuò)張的目的，而可以將120dB的CD唱片灌到65dB動(dòng)態(tài)范圍的磁帶中而不削頂或失真。主要原理是采用了可變?cè)鲆娣糯笃鞯脑?。而如何提高成像系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍一直是研究者的目標(biāo)，采用兩幅圖片疊加的方法來(lái)提高DSLR的動(dòng)態(tài)范圍，這種技巧很多人都已經(jīng)了解。目前已經(jīng)有采用WDR技術(shù)（Wide Dynamic Range）的芯片出現(xiàn)，而富士的S3 Pro相機(jī)據(jù)說(shuō)采用的高動(dòng)態(tài)范圍有可能就是類(lèi)似的技術(shù)。WDR就是采用的兩次曝光原理來(lái)將兩張曝光時(shí)間不同的圖象合成一幅，以此來(lái)提高動(dòng)態(tài)范圍。
名詞解釋
動(dòng)態(tài)范圍最早是信號(hào)系統(tǒng)的概念，一個(gè)信號(hào)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍被定義成最大不失真電平和噪聲電平的差。而在實(shí)際用途中，多用對(duì)數(shù)和比值來(lái)表示一個(gè)信號(hào)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍，比如在音頻工程中，一個(gè)放大器的動(dòng)態(tài)范圍可以表示為：D = lg（Power_max / Power_min）×10；對(duì)于一個(gè)底片掃描儀，動(dòng)態(tài)范圍是掃描儀能記錄原稿的色調(diào)范圍。即原稿最暗點(diǎn)的密度（Dmax）和最亮處密度值（Dmin）的差值。我們已經(jīng)知道對(duì)于一個(gè)膠片的密度公式為D = lg（Io/I）。 那么假設(shè)有一張膠片，掃描儀向其投射了1000單位的光，最后總共有96%的光通過(guò)膠片的明亮（銀鹽較?。┎糠?，而在膠片的較厚的部分只通過(guò)了大約4%的光。那么前者的密度為：Dmin=lg（1000/960）= 0.02；后者的密度為：Dmax=lg（1000/40）= 1.40那么我們說(shuō)動(dòng)態(tài)范圍為：D=Dmax-Dmin=1.40-0.02=1.38。只要是掃描儀的動(dòng)態(tài)范圍能夠大于膠片的動(dòng)態(tài)范圍，就可以真實(shí)的表現(xiàn)原稿上的信息，包括真實(shí)的反映出一些細(xì)微的暗部細(xì)節(jié)。實(shí)際上掃描儀和膠片不同，可以把掃描儀看作一個(gè)完整的信號(hào)系統(tǒng)，包含輸入、DSP、輸出多個(gè)部分。那么最后的動(dòng)態(tài)范圍大小由其中最小值的的單元來(lái)決定。這時(shí)就需要提位數(shù)概念。
動(dòng)態(tài)范圍
動(dòng)態(tài)范圍（Dynamic Range），最早是信號(hào)系統(tǒng)的概念，一個(gè)信號(hào)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍被定義成最大不失真電平和噪聲電平的差。而在實(shí)際用途中，多用對(duì)數(shù)和比值來(lái)表示一個(gè)信號(hào)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍，對(duì)于底片掃描儀來(lái)說(shuō)，動(dòng)態(tài)范圍是指掃描儀能記錄原稿的色調(diào)范圍，即原稿最暗點(diǎn)的密度（Dmax）和最l亮處密度值（Dmin）的差值。而對(duì)于膠片和感光元件來(lái)說(shuō)，動(dòng)態(tài)范圍表示圖像中所包含的從“最暗”至“最亮”的范圍。動(dòng)態(tài)范圍越大，所能表現(xiàn)的層次越豐富，所包含的色彩空間也越廣。數(shù)碼相機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍越大，它能同時(shí)記錄的暗部細(xì)節(jié)和亮部細(xì)節(jié)越豐富。請(qǐng)注意，動(dòng)態(tài)范圍與色調(diào)范圍（tonal range）是不同的。當(dāng)我們采用JPEG格式拍攝照片時(shí)，數(shù)碼相機(jī)的圖像處理器會(huì)以明暗差別強(qiáng)烈的色調(diào)曲線記錄圖像信息。在這個(gè)過(guò)程中，處理器常常會(huì)省去一部分RAW數(shù)據(jù)上的暗部細(xì)節(jié)和亮部細(xì)節(jié)。而使用RAW格式拍攝，則能圖像保持感光元件的動(dòng)態(tài)范圍，并且允許用戶以一條合適的色調(diào)曲線壓縮動(dòng)態(tài)范圍和色調(diào)范圍，使照片輸出到顯示器或被打印出來(lái)后，獲得適當(dāng)?shù)膭?dòng)態(tài)范圍。數(shù)碼相機(jī)的感光元件是由數(shù)以百萬(wàn)個(gè)像素組成的，這些像素在像素曝光的過(guò)程中吸收光子，轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，然后成像。這個(gè)過(guò)程就像我們拿數(shù)百萬(wàn)個(gè)水桶到戶外收集雨水。感光區(qū)域越光亮，收集的光子量自然越多。感光元件曝光后，按照每個(gè)像素收集的光子量不同，賦予它們不連續(xù)的值，并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。沒(méi)有吸收光子和吸收光子至滿載的像素值分別顯示為“0”和“255”，即代表純黑色和純白色。一旦這些像素滿載，光子便會(huì)溢出，溢出會(huì)導(dǎo)致信息（細(xì)節(jié)）損失。以紅色為例，高光溢出使?jié)M載紅色的像素附近的其它象素的值都變成255，但其實(shí)它們的真實(shí)值并沒(méi)有達(dá)到255。換句話說(shuō)，畫(huà)面的細(xì)節(jié)發(fā)生了損失，這樣會(huì)造成高光部分的信息缺失。如果我們以減少曝光時(shí)間來(lái)防止高光溢出，很多用來(lái)描述昏暗環(huán)境的像素則沒(méi)有足夠的時(shí)間接收光子量，得出的像素值為0，這樣就會(huì)導(dǎo)致昏暗部分的信息缺失。通過(guò)上面的說(shuō)明，我們現(xiàn)在就可以理解為什么采用大尺寸感光元件的數(shù)碼單反會(huì)擁有更大的動(dòng)態(tài)范圍。原因很簡(jiǎn)單：數(shù)碼單反的感光元件尺寸一般是消費(fèi)級(jí)數(shù)碼相機(jī)的4～10倍，允許承載更多的像素而不至于縮小像點(diǎn)之間的距離，而產(chǎn)生噪點(diǎn)。更多的像素不會(huì)很快被“填滿”，因此表現(xiàn)昏暗環(huán)境的像素在表現(xiàn)光亮環(huán)境的像素“滿載”之前，有更多時(shí)間吸收光子，從而畫(huà)面細(xì)節(jié)便會(huì)更加豐富。數(shù)字相機(jī)DSLR、DC等等的動(dòng)態(tài)范圍表示方法目前似乎并沒(méi)有統(tǒng)一的約束，各個(gè)廠家也只是在他們的宣傳內(nèi)容上提到了“大的動(dòng)態(tài)范圍”之類(lèi)的話，并未給出具體的指標(biāo)。所以有時(shí)我們用比值來(lái)描述DSLR的動(dòng)態(tài)范圍，或者換算成光圈數(shù)，而較少用到密度值概念。因?yàn)閿?shù)字圖象設(shè)備也可以看作一個(gè)信號(hào)系統(tǒng)，所以動(dòng)態(tài)范圍可以分為兩個(gè)部分，即光學(xué)動(dòng)態(tài)范圍和輸出動(dòng)態(tài)范圍。光學(xué)動(dòng)態(tài)范圍（DR_Optical） = 飽和曝光量 / 噪聲曝光量（暗電流）輸出動(dòng)態(tài)范圍（DR_Electrical） = 飽和輸出振幅 / 隨機(jī)噪聲前者主要是由CCD/CMOS等感應(yīng)器決定的，后者主要由A/D、DSP來(lái)決定。其中飽和曝光量相當(dāng)于傳統(tǒng)膠片的肩部范圍，噪聲曝光量相當(dāng)于傳統(tǒng)膠片的趾部范圍。對(duì)于數(shù)字相機(jī)，因?yàn)槠渥罱K還是以數(shù)字量輸出，所以輸出動(dòng)態(tài)范圍公式并不適用。我們提到的動(dòng)態(tài)范圍主要指的是輸入部分的動(dòng)態(tài)范圍，也就相當(dāng)于膠片的寬容度。根據(jù)目前看到的一些測(cè)試，DSLR的光學(xué)動(dòng)態(tài)范圍基本上和負(fù)片相近，超過(guò)反轉(zhuǎn)片。其通俗來(lái)說(shuō)就是最大值與最小值的差。
提高范圍
相機(jī)動(dòng)態(tài)范圍成像的目的就是要正確地表示真實(shí)世界中從太陽(yáng)光直射到最暗的陰影這樣大的范圍亮度。下面的技術(shù)可以提高數(shù)字相機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍。
| abel-module="para" style="word-wrap: break-word; margin: 0px; line-height: 24px; zoom: 1; height: auto;">提高數(shù)字相機(jī)動(dòng)態(tài)范圍的技術(shù) | ||
| 名稱(chēng) | 功能 | 技術(shù)要點(diǎn) |
| 對(duì)數(shù)響應(yīng) | 增大成像器件的動(dòng)態(tài)范圍。 | 設(shè)置對(duì)數(shù)視頻放大電路。 |
| 深溝道技術(shù) | 在保持薄型CCD的量子效率高的優(yōu)點(diǎn)基礎(chǔ)上，同時(shí)提高紅光的量子效率 | 使用厚度為40μm左右的高阻硅制作CCD. |
| 雙曝光 | 提高成像器件適應(yīng)目標(biāo)光強(qiáng)變化的能力，適合光強(qiáng)變化劇烈場(chǎng)合。 | 對(duì)傳感器做曝光設(shè)置，弱光時(shí)自動(dòng)采用長(zhǎng)時(shí)間曝光，強(qiáng)光時(shí)自動(dòng)采用短時(shí)間曝光。 |
成像技術(shù)
在計(jì)算器圖形學(xué)、電影、攝影和攝像技術(shù)中，高動(dòng)態(tài)范圍成像（High Dynamic Range Imaging）是用來(lái)實(shí)現(xiàn)比普通數(shù)字圖像技術(shù)更大曝光動(dòng)態(tài)范圍（即更大的明暗差別）的一組技術(shù)。高動(dòng)態(tài)范圍成像的目的就是要正確地表示真實(shí)世界中從太陽(yáng)光直射到最暗的陰影這樣大的范圍亮度。高動(dòng)態(tài)范圍成像最初只用于純粹由計(jì)算器生成的圖像。后來(lái)，人們開(kāi)發(fā)出了一些從不同曝光范圍照片中生成高動(dòng)態(tài)范圍圖像的方法。隨著數(shù)字相機(jī)的日漸流行以及桌面軟件變得易于使用，許多業(yè)余攝影師使用高動(dòng)態(tài)范圍成像的方法生成高動(dòng)態(tài)范圍場(chǎng)景的照片，但是，不要將這作為它唯一的用途，實(shí)際上高動(dòng)態(tài)范圍還有許多其它的應(yīng)用。當(dāng)用于顯示的時(shí)候，高動(dòng)態(tài)范圍圖像經(jīng)常要進(jìn)行色調(diào)映像，并且要與其它幾種全屏顯示效果（full screen effect）一起使用。
音樂(lè)
定義
動(dòng)態(tài)范圍指的是患者聽(tīng)覺(jué)范圍，是從純音聽(tīng)閾到不舒適閾，如一個(gè)正常人聽(tīng)閾為0dB SPL，不適閾為120dB SPL，則他的動(dòng)態(tài)范圍為120dB 。動(dòng)態(tài)范圍因人而異，兩個(gè)聽(tīng)力圖相同的患者，他們的響度增長(zhǎng)函數(shù)是不同的，對(duì)響聲的敏感程度也是不同的，對(duì)于比較嚴(yán)重的重振患者，他的動(dòng)態(tài)范圍比正常人要窄。
寬動(dòng)態(tài)范圍壓縮（WDRC ）
WDRC線路能最有效的解決他們的問(wèn)題。對(duì)于小聲音，WDRC將其放大；對(duì)于大聲音，放大量響應(yīng)減少。這樣，患者聽(tīng)小聲音沒(méi)問(wèn)題，聽(tīng)大聲音又不至于太吵。與壓縮限制不同的是，WDRC線路將正常的聲音壓縮到患者的聽(tīng)覺(jué)動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，對(duì)任何輸入級(jí)均進(jìn)行壓縮，采用低壓縮閾和低壓縮比。對(duì)柔和的聲音和強(qiáng)聲的放大量不同。圖7-13是一個(gè)WDRC線路的I/O曲線，壓縮拐點(diǎn)在65dB，壓縮比為2:1。究竟選擇壓縮限制線路還是WDRC線路要根據(jù)患者的實(shí)際情況而定，若僅需要避免高強(qiáng)度聲音的失真且需要對(duì)輸入聲進(jìn)行單位增益，可以選擇壓縮限制電路。若要為一位有重振現(xiàn)象，聽(tīng)覺(jué)動(dòng)態(tài)范圍變窄的患者提供一個(gè)舒適的放大的聲音，就應(yīng)該選擇WDRC線路。也有的時(shí)候，生產(chǎn)廠家會(huì)將壓縮限制和WDRC兩種線路結(jié)合起來(lái)。利用WDRC放大低強(qiáng)度輸入聲，對(duì)高強(qiáng)度輸入聲通過(guò)壓縮限制來(lái)處理。這種技術(shù)被稱(chēng)為曲線壓縮（curvilinear compression）其壓縮比隨輸入級(jí)的增加而增加
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