1.?基礎概念

動態(tài)范圍??/? DR? /

動態(tài)范圍（Dynamic Range，簡稱DR），又叫曝光范圍，是指相機捕捉的光強的范圍。通常表示為f-Stops，EV（曝光值），或區(qū)段（曝光范圍）。

動態(tài)范圍最早是作為一種描述信號系統(tǒng)的概念，對圖像信號來說是可變光信號最大值和最小值的比值。在攝影中，動態(tài)范圍又被稱為寬容度，通俗來講，動態(tài)范圍是用來描述畫面中從最暗的陰影部分到最亮的高光部分的光量強度分布范圍。通常情況下用分貝（dB）表示，也可以用比特（bit）或檔來表示。

動態(tài)范圍越大，圖像中所能表現(xiàn)的層次就越豐富，所包含的色彩空間也就越廣。

當在強光源（日光、燈具或反光等）照射下的高亮度區(qū)域及陰影、逆光等相對亮度較低的區(qū)域在圖像中同時存在時，相機輸出的圖像會出現(xiàn)明亮區(qū)域因曝光過度成為白色，而黑暗區(qū)域因曝光不足成為黑色的現(xiàn)象，嚴重影響圖像質(zhì)量。

高動態(tài)范圍??/? HDR? /

高動態(tài)范圍（High Dynamic Range，簡稱HDR），在數(shù)字圖像與數(shù)碼攝影領域，是用來實現(xiàn)比普通數(shù)字圖像技術更大范圍曝光、更高動態(tài)范圍（即更大的明暗差別）的一組技術，能夠更好地反映出真實環(huán)境中的視覺效果。

HDR技術所要解決的問題就是在有限的亮度范圍內(nèi)表示出寬廣的亮度范圍。高動態(tài)范圍成像的目的就是要正確地表示真實世界中從太陽光直射到最暗的陰影這樣大的范圍亮度。?

如上圖所示，當拍攝的場景在光線上有巨大的差異時，更大的動態(tài)范圍就能獲得更大的影調(diào)空間——例如一個有明亮窗戶和昏暗內(nèi)部的地點。來自窗戶的光線比墻壁內(nèi)部的光線要亮得多，如果動態(tài)范圍不夠大，這時要么窗戶的光線太亮，曝光過度（看起來是白色的），要么墻壁太暗，曝光不足（看起來是黑色的），這會導致圖像失去細節(jié)。

因此，動態(tài)范圍越大，就能盡可能地保留這些高光區(qū)和陰影區(qū)的信息，圖像所能展示的層次就越豐富。

2. 如何選用動態(tài)范圍測試卡

針對動態(tài)范圍測試，我們可以通過在實驗內(nèi)拍攝相應的圖像測試卡進行分析后，參考DR這一客觀指標，去評估一個成像系統(tǒng)大致的動態(tài)范圍。

常見動態(tài)范圍測試卡：

·?透射測試卡：36階動態(tài)范圍測試卡UHDR（150dB）、 HDR(100-120dB)、SDR(50-80dB)，20階OECF灰階卡等。

?· 反射測試卡：OECF14524測試卡、OECF15739測試卡、20階OECF灰階卡、Q14灰階測試卡等。

對于這幾種圖卡的分析，我們一般不推薦使用反射卡來測試動態(tài)范圍，因為一般的反射卡灰階塊數(shù)較少，且反射卡灰階密度無法滿足更高的動態(tài)范圍。

3.?Imatest軟件Stepchart模塊分析操作

1、Imatest軟件中使用Stepchart模塊打開圖像，參考以下設置：

2、選擇需要分析的樣圖，點擊打開：

3、選擇ROI區(qū)域：

4、Settings對圖像進行參數(shù)設置：

5、結果解讀：

我們推薦參考SNR=1條件下的動態(tài)范圍數(shù)據(jù)，對像質(zhì)要求較高的，可以參考SNR=4或10情況下的動態(tài)范圍數(shù)據(jù)（db值），動態(tài)范圍（DR）越大越好。

6、保存分析數(shù)據(jù)。

4. 注意事項

當我們在對成像系統(tǒng)做DR測試時，首先要選擇合適的測試卡，以便確保測試較為準確。因為動態(tài)范圍測試與相機曝光關聯(lián)甚密，尤其需要關注高亮和弱光區(qū)域的曝光情況及亮度信息響應。

當Camera狀態(tài)不合適時（ISP問題或驅(qū)動影響的曝光問題），會嚴重影響像質(zhì)（Image Quality）測試，比如下面這一較為極端的現(xiàn)象。

問題：

1.相機標稱的動態(tài)范圍數(shù)據(jù)遠高于軟件測試的數(shù)據(jù)

2. SNR=1、2、4條件下，對應的DR數(shù)據(jù)時Undefined

3.高亮區(qū)域明顯過曝，但是弱光區(qū)域信息嚴重不足

問題分析：

1.光照強度較高的情況下，測試卡最亮的前四階過曝，像素值達到極限255

２.從第24階開始像素值為0，且從24-36階都是0

3.可能是Imatest軟件參數(shù)設置出錯（未設置參數(shù)計算動態(tài)范圍）。

4.光密度文件選擇錯誤，未選擇測試卡出廠標定的密度文件

5.測試卡選擇出錯（卡的范圍遠超相機動態(tài)范圍）致使無法調(diào)節(jié)光源照度實現(xiàn)相機有較好的曝光效果

當我們確認分析步驟3和步驟4和5無誤后，那應該是步驟1和2的問題。測試卡亮區(qū)過曝，這個可以理解，最亮區(qū)域超過相機的感光極限，所以會過曝，我們著重對暗部信息做出進一步驗證。因為暗部信息為0，所以我們認為背光強度不足，當我們試著增大背光亮度，遠超sensor感光極限，但是還是發(fā)現(xiàn)總有多階暗部信息一直為0。

至此，我們判斷該問題應該為相機對弱光信號處理出現(xiàn)問題，或者是Sensor感光性能出問題、或者是暗部過度降噪、或者是BLC不正確等原因。這種情況下，負責相機驅(qū)動和ISP的圖像工程師，應及時對相機做檢查分析。

5. 實操演練

DR測試方法推薦

前提：確保測試卡的DR范圍略微超高相機的DR范圍，光源強度足夠，可以完全展現(xiàn)圖卡的動態(tài)范圍。

1.調(diào)整圖卡亮度等級（第一階像素達到255或254微過曝，余下灰階像素應逐階遞減）。

2.?按照規(guī)范，拍下標準的測試圖片（建議多個照度條件下，拍多張圖片）

? ?具體的測試實操與軟件分析步驟→?測試小課堂——動態(tài)范圍