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擴(kuò)展壓縮
在音頻工程中，人們利用壓縮/擴(kuò)展器件來達(dá)到動態(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增益放大器的原理。而如何提高成像系統(tǒng)的動態(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提高DSLR的動態(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)說采用的高動態(tài)范圍有可能就是類似的技術(shù)。WDR就是采用的兩次曝光原理來將兩張曝光時間不同的圖象合成一幅，以此來提高動態(tài)范圍。
名詞解釋
動態(tài)范圍最早是信號系統(tǒng)的概念，一個信號系統(tǒng)的動態(tài)范圍被定義成最大不失真電平和噪聲電平的差。而在實際用途中，多用對數(shù)和比值來表示一個信號系統(tǒng)的動態(tài)范圍，比如在音頻工程中，一個放大器的動態(tài)范圍可以表示為：D = lg（Power_max / Power_min）×10；對于一個底片掃描儀，動態(tài)范圍是掃描儀能記錄原稿的色調(diào)范圍。即原稿最暗點的密度（Dmax）和最亮處密度值（Dmin）的差值。我們已經(jīng)知道對于一個膠片的密度公式為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%的光通過膠片的明亮（銀鹽較?。┎糠?，而在膠片的較厚的部分只通過了大約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那么我們說動態(tài)范圍為：D=Dmax-Dmin=1.40-0.02=1.38。只要是掃描儀的動態(tài)范圍能夠大于膠片的動態(tài)范圍，就可以真實的表現(xiàn)原稿上的信息，包括真實的反映出一些細(xì)微的暗部細(xì)節(jié)。實際上掃描儀和膠片不同，可以把掃描儀看作一個完整的信號系統(tǒng)，包含輸入、DSP、輸出多個部分。那么最后的動態(tài)范圍大小由其中最小值的的單元來決定。這時就需要提位數(shù)概念。
動態(tài)范圍
動態(tài)范圍（Dynamic Range），最早是信號系統(tǒng)的概念，一個信號系統(tǒng)的動態(tài)范圍被定義成最大不失真電平和噪聲電平的差。而在實際用途中，多用對數(shù)和比值來表示一個信號系統(tǒng)的動態(tài)范圍，對于底片掃描儀來說，動態(tài)范圍是指掃描儀能記錄原稿的色調(diào)范圍，即原稿最暗點的密度（Dmax）和最l亮處密度值（Dmin）的差值。而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。數(shù)碼相機(jī)的動態(tài)范圍越大，它能同時記錄的暗部細(xì)節(jié)和亮部細(xì)節(jié)越豐富。請注意，動態(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，數(shù)碼相機(jī)的圖像處理器會以明暗差別強(qiáng)烈的色調(diào)曲線記錄圖像信息。在這個過程中，處理器常常會省去一部分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態(tài)范圍，并且允許用戶以一條合適的色調(diào)曲線壓縮動態(tài)范圍和色調(diào)范圍，使照片輸出到顯示器或被打印出來后，獲得適當(dāng)?shù)膭討B(tài)范圍。數(shù)碼相機(jī)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”，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(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，但其實它們的真實值并沒有達(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(dǎo)致昏暗部分的信息缺失。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)碼單反會擁有更大的動態(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(jī)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(xì)節(jié)便會更加豐富。數(shù)字相機(jī)DSLR、DC等等的動態(tài)范圍表示方法目前似乎并沒有統(tǒng)一的約束，各個廠家也只是在他們的宣傳內(nèi)容上提到了“大的動態(tài)范圍”之類的話，并未給出具體的指標(biāo)。所以有時我們用比值來描述DSLR的動態(tài)范圍，或者換算成光圈數(shù)，而較少用到密度值概念。因為數(shù)字圖象設(shè)備也可以看作一個信號系統(tǒng)，所以動態(tài)范圍可以分為兩個部分，即光學(xué)動態(tài)范圍和輸出動態(tài)范圍。光學(xué)動態(tài)范圍（DR_Optical） = 飽和曝光量 / 噪聲曝光量（暗電流）輸出動態(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。對于數(shù)字相機(jī)，因為其最終還是以數(shù)字量輸出，所以輸出動態(tài)范圍公式并不適用。我們提到的動態(tài)范圍主要指的是輸入部分的動態(tài)范圍，也就相當(dāng)于膠片的寬容度。根據(jù)目前看到的一些測試，DSLR的光學(xué)動態(tài)范圍基本上和負(fù)片相近，超過反轉(zhuǎn)片。其通俗來說就是最大值與最小值的差。
提高范圍
相機(jī)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。下面的技術(shù)可以提高數(shù)字相機(jī)的動態(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)動態(tài)范圍的技術(shù) | ||
| 名稱 | 功能 | 技術(shù)要點 |
| 對數(shù)響應(yīng) | 增大成像器件的動態(tài)范圍。 | 設(shè)置對數(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)點基礎(chǔ)上，同時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)變化劇烈場合。 | 對傳感器做曝光設(shè)置，弱光時自動采用長時間曝光，強(qiáng)光時自動采用短時間曝光。 |
成像技術(shù)
在計算器圖形學(xué)、電影、攝影和攝像技術(shù)中，高動態(tài)范圍成像（High Dynamic Range Imaging）是用來實現(xiàn)比普通數(shù)字圖像技術(shù)更大曝光動態(tài)范圍（即更大的明暗差別）的一組技術(shù)。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。高動態(tài)范圍成像最初只用于純粹由計算器生成的圖像。后來，人們開發(fā)出了一些從不同曝光范圍照片中生成高動態(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)余攝影師使用高動態(tài)范圍成像的方法生成高動態(tài)范圍場景的照片，但是，不要將這作為它唯一的用途，實際上高動態(tài)范圍還有許多其它的應(yīng)用。當(dāng)用于顯示的時候，高動態(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
定義
動態(tài)范圍指的是患者聽覺范圍，是從純音聽閾到不舒適閾，如一個正常人聽閾為0dB SPL，不適閾為120dB SPL，則他的動態(tài)范圍為120dB 。動態(tài)范圍因人而異，兩個聽力圖相同的患者，他們的響度增長函數(shù)是不同的，對響聲的敏感程度也是不同的，對于比較嚴(yán)重的重振患者，他的動態(tài)范圍比正常人要窄。
寬動態(tài)范圍壓縮（WDRC ）
WDRC線路能最有效的解決他們的問題。對于小聲音，WDRC將其放大；對于大聲音，放大量響應(yīng)減少。這樣，患者聽小聲音沒問題，聽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覺動態(tài)范圍內(nèi)，對任何輸入級均進(jìn)行壓縮，采用低壓縮閾和低壓縮比。對柔和的聲音和強(qiáng)聲的放大量不同。圖7-13是一個WDRC線路的I/O曲線，壓縮拐點在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)患者的實際情況而定，若僅需要避免高強(qiáng)度聲音的失真且需要對輸入聲進(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，聽覺動態(tài)范圍變窄的患者提供一個舒適的放大的聲音，就應(yīng)該選擇WDRC線路。也有的時候，生產(chǎn)廠家會將壓縮限制和WDRC兩種線路結(jié)合起來。利用WDRC放大低強(qiáng)度輸入聲，對高強(qiáng)度輸入聲通過壓縮限制來處理。這種技術(shù)被稱為曲線壓縮（curvilinear compression）其壓縮比隨輸入級的增加而增加
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