HDR即High-DynamicRange，中文為高動態(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)的價值。

可以看出，HDR技術(shù)的效果堪稱震撼人心，可以預見此技術(shù)將會在視覺成像和圖像處理領(lǐng)域取得越來越多的應用。問題在于，為什么相機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現(xiàn)呢？這就涉及到本文將要重點講述的內(nèi)容：動態(tài)范圍。網(wǎng)上有部分關(guān)于動態(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，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)導地位，在此我們愿意與您分享關(guān)于動態(tài)范圍的相關(guān)知識，希望大家共同進步。

動態(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，動態(tài)范圍表示圖像中所包含的從“最暗”至“最亮”的范圍。動態(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，當拍攝場景的動態(tài)范圍超過相機的動態(tài)范圍時，會出現(xiàn)什么情況呢？

工業(yè)相機的感光元件是由數(shù)以百萬個像素組成的，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。這個過程就像我們拿數(shù)百萬個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，光子便會溢出，溢出會導致信息（細節(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，但其實它們的真實值并沒有達到255。換句話說，畫面的細節(jié)發(fā)生了損失，這樣會造成高光部分的信息缺失。如果我們以減少曝光時間來防止高光溢出，很多用來描述昏暗環(huán)境的像素則沒有足夠的時間接收光子量，得出的像素值為0，這樣就會導致昏暗部分的信息缺失。

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

那么，怎樣能提高相機在實際拍攝過程中的動態(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)相機會擁有更大的動態(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級數(shù)碼相機的4～10倍，允許承載更多的像素而不至于縮小像點之間的距離，而產(chǎn)生噪點。更多的像素不會很快被“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，有更多時間吸收光子，從而畫面細節(jié)便會更加豐富。

因此，在工業(yè)檢測中，我們傾向于采用更大幅面的相機，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，具體參數(shù)見如下列表。歡迎廣大用戶選購。

2、對傳感器做曝光設置，弱光時自動采用長時間曝光，強光時自動采用短時間曝光。這一方法會導致圖片中對應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)相機上，這也是大部分工業(yè)相機沒有民用相機的動態(tài)范圍高的原因。