HDR即High-DynamicRange，中文為高動(dòng)態(tài)范圍成像，是近年來比較熱門的成像和圖像處理技術(shù)。HDR能夠?qū)崿F(xiàn)比普通數(shù)字圖像技術(shù)更大的曝光動(dòng)態(tài)范圍（即更大的明暗差別），其成像的目的就是要正確地表示真實(shí)世界中從太陽光直射到最暗的陰影這樣大的范圍亮度。

以下是一組HDR成像技術(shù)的對比圖，可以讓讀者更直觀的感受到HDR技術(shù)的價(jià)值。

可以看出，HDR技術(shù)的效果堪稱震撼人心，可以預(yù)見此技術(shù)將會(huì)在視覺成像和圖像處理領(lǐng)域取得越來越多的應(yīng)用。問題在于，為什么相機(jī)的芯片不能直接取得類似HDR的良好成像效果，而必須通過軟件校正來實(shí)現(xiàn)呢？這就涉及到本文將要重點(diǎn)講述的內(nèi)容：動(dòng)態(tài)范圍。網(wǎng)上有部分關(guān)于動(dòng)態(tài)范圍的介紹，但是均不夠系統(tǒng)，不夠全面。維視圖像作為國內(nèi)機(jī)器視覺產(chǎn)品的領(lǐng)先提供商，具備十余年的生產(chǎn)和銷售經(jīng)驗(yàn)，對視覺產(chǎn)品和軟件的了解在行業(yè)內(nèi)處于絕對的領(lǐng)導(dǎo)地位，在此我們愿意與您分享關(guān)于動(dòng)態(tài)范圍的相關(guān)知識(shí)，希望大家共同進(jìn)步。

動(dòng)態(tài)范圍指場景中的亮度范圍或膠片、CCD、CMOS等感光材料的感光范圍，對于膠片和感光元件來說，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。

那么，當(dāng)拍攝場景的動(dòng)態(tài)范圍超過相機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍時(shí)，會(huì)出現(xiàn)什么情況呢？

工業(yè)相機(jī)的感光元件是由數(shù)以百萬個(gè)像素組成的，這些像素在像素曝光的過程中吸收光子，轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，然后成像。這個(gè)過程就像我們拿數(shù)百萬個(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。沒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"（以8位圖像為例），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)值并沒有達(dá)到255。換句話說，畫面的細(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)間來防止高光溢出，很多用來描述昏暗環(huán)境的像素則沒有足夠的時(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。

真實(shí)世界場景的動(dòng)態(tài)范圍能夠達(dá)到1014個(gè)數(shù)量級，人類視覺系統(tǒng)（HVS）能夠感知到105個(gè)數(shù)量級的動(dòng)態(tài)范圍，并且通過人類視覺系統(tǒng)自適應(yīng)機(jī)制的調(diào)整能夠感知到109個(gè)數(shù)量級的動(dòng)態(tài)范圍。但是目前的數(shù)字圖像獲取設(shè)備和顯示設(shè)備的動(dòng)態(tài)范圍卻相對有限，僅僅有102~103個(gè)數(shù)量級。這就是為什么目前的工業(yè)相機(jī)不能直接拍攝出HDR效果的圖片，也是為什么HDR技術(shù)能夠深入發(fā)展和應(yīng)用。

那么，怎樣能提高相機(jī)在實(shí)際拍攝過程中的動(dòng)態(tài)范圍呢？目前可行的辦法有：

1、采用大尺寸CCD靶面

通過上面的說明，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)相機(jī)會(huì)擁有更大的動(dòng)態(tài)范圍。原因很簡單：數(shù)碼單反的感光元件尺寸一般是消費(fèi)級數(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，從而畫面細(xì)節(jié)便會(huì)更加豐富。

因此，在工業(yè)檢測中，我們傾向于采用更大幅面的相機(jī)，維視圖像經(jīng)過多年積累，現(xiàn)隆重推出大幅面千兆網(wǎng)系列數(shù)字相機(jī)，具體參數(shù)見如下列表。歡迎廣大用戶選購。

2、對傳感器做曝光設(shè)置，弱光時(shí)自動(dòng)采用長時(shí)間曝光，強(qiáng)光時(shí)自動(dòng)采用短時(shí)間曝光。這一方法會(huì)導(dǎo)致圖片中對應(yīng)的物體灰度值比例發(fā)生變化，用來做圖像處理的話不能夠真實(shí)的得到原場景的有效信息，因此該方法不能用在工業(yè)相機(jī)上，這也是大部分工業(yè)相機(jī)沒有民用相機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍高的原因。