如何做张让人眼前一「亮」的照片：增益图 HDR 与 HDR 工作流

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我们暂且不考虑问题 1 ，而问题 3 是钱就能解决的（买新硬件）。问题 2 是普及 HDR 照片的关键。

▍ 照片 HDR 的标准

回到 ISO HDR 上来，我们知道，每个像素点可用四个整型 (Int) 来表示，即 R、G、B 以及透明度 A。为方便其见，我们只考虑一个通道（即只考虑 R）。在 8 bit 下的照片中，最亮的亮度记为 255 (2^8−1)，而最暗的像素记为 0。

从 0 到 255 的灰度图

我们把 255 对应的亮度记为 SDR 下的最大亮度，其标准为 200 nit。超过 200 nit 的部分就属于 HDR 的范畴了：

超过 200 nit 就进入到 HDR 的范围（此图片已转化为 SDR）

最简单的处理办法，就是声明该图片是 HDR 的。超过 SDR 范围的像素用大于 255 的数值去储存之。照片的位数也需要从 8 bit 增加到至少 10 bit。在 10 bit 下，亮度最大为 1023，相当于是 255 的  3.11 倍。

为什么不是 4 倍而是 3.11 倍？这涉及到伽马这个参数。简单来说就是人的眼睛对光的感受是对数的不是线性的。如果四个图像看起来的亮度依次为 1、2、3、4，那实际光强为10:43:106:200。一般来说显示器的伽马为 2.2，4^(1/2.2) = 3.11。

所以继续沿用 2.2 的伽马，10 bit 并不够用！对于一个亮度最高 6400 nit 的物体（相当于 SDR 的 32 倍），我们需要 8+14 = 22 bit 才能储存，这一开销（接近 3 倍的文件体积）是不合算的。PQ 和 HLG HDR 定义了一个映射方式，对高亮度数据占用的信息进行压缩。因为人眼对光的敏感性是指数的，比如说只有亮度差大于 2% 才能肉眼看出来。因此记录数据时，没必要从亮度 500 至 600 每隔 1 就记录一下，完全可以 500、510、520、531、541、552…… 大幅减少所需的数据量。选择合适的映射方式，使用 10 bit 就能在不丢失肉眼精度的情况下，将数据映射到最高 10,000 nit 的亮度。

伽马 2.2 的曲线（红）与某种 HLG 的曲线（蓝色）

我们把整型映射到 0-1 范围的浮点中。在 SDR 空间中，200 nit 的亮度以 1.00 储存。而在上图对应的 HLG 中，这一亮度大约以 0.55 进行储存。1000 nit 的亮度将以约 0.75 进行储存（横坐标 5），而 1.00 的数据会对应 2400 nit 的亮度。我们把这个照片最高支持的余量 (headroom) 称为 12，即表示 HDR 亮度最大为 SDR 的 12 倍。

现在来考虑该如何解码这一图像。如果软件知道你使用的是 PQ 或者 HLG ，那它将正确的把 0.55 映射到 200 nit、0.75 映射到 1000 nit、1.00 映射到 2400 nit。但如果软件并不知道，仍然以错误的伽马 2.2 对其进行处理，那么这些亮度将变成 110、150 以及 200nit，即出现了色调映射（好在 HLG HDR 考虑了这一问题，这种映射不能说是错误的，因为 SDR 部分得到了正确呈现，只不过亮度有所降低）：

这是一个以 HLG 曲线储存的照片，如果你用浏览器查看能看到 HDR 效果

第二个问题在于，创作者可能使用的是最高 1600 nit 的显示器，并创作了在这个范围内的作品，但观众使用的是最高 400 nit 的显示器，其只能显示比 SDR 亮一倍的内容。这个时候，有两种办法进行处理。第一个称为滚降 (roll-off)，第二个被称为硬切 (hard-clipping)。

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