高动态范围连续影像技术的发展及前景
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医学影像处理技术发展现状与未来发展方向随着医疗技术的不断进步,医学影像处理技术也在迅速发展。
医学影像处理技术是指通过使用计算机技术处理和分析影像数据的方法,以便更好地了解疾病的诊断和治疗。
本文将介绍目前医学影像处理技术的现状以及未来的发展方向。
医学影像处理技术现状目前,医学影像处理技术已经有了很大的进展。
其中最重要的一项技术是 CT(计算机断层扫描)和 MRI(核磁共振成像)。
CT 以其非常详细的影像、低辐射、高分辨率和高速成像而成为诊断疾病的首选方法。
MRI 能够显示各种组织类型的分布,表现出不同的疾病状态,是观察疾病的物质性变化和评估疾病的进展的理想工具。
除了 CT 和 MRI,还有其他的医学影像处理技术。
其中,包括四维超声成像、放射性核素显像、数字随机仿真等。
这些技术在医学影像处理领域中非常重要,并广泛应用于各种医学领域。
未来医学影像处理技术的发展方向未来,医学影像处理技术将继续发展。
在此过程中,可以期待出现以下新技术:1、超分辨率技术:该技术将使用高级图像复原技术,将低分辨率的医学影像转换为高分辨率,从而更好地提高病例的诊断准确性。
2、3D 打印:3D 打印技术将能够为医学行业提供更加精确的模型。
例如,医生在病人身上使用医疗设备前,可以先制作一个模型,以便他们更好地进行操作。
3、深度学习技术:深度学习技术可以帮助无法被人类观察到的疾病特征被很好地分析和理解,从而提高医生对疾病筛查和诊断的敏感性和准确性。
4、立体视觉技术:该技术将利用 3D 视频成像技术,将医生与患者分隔的空间缩小到较小的范围内。
这将有助于医生更好地了解病情,并进行更准确的诊断。
结论医学影像处理技术是医疗领域不可或缺的一部分,随着该领域的技术不断进步,未来医学影像处理技术也将更加先进和精确。
医疗工作者可以期待这些新技术的发展,以便更好地服务患者。
医学影像处理技术的发展趋势与前景一、前言医学影像处理技术是现代医学中的重要组成部分,它通过对医学影像进行数字化、分析、建模和仿真等处理,可以为医疗诊断、手术治疗、新药研发等提供支持。
在过去几十年中,随着数码成像技术的日益完善,医学影像处理技术也得到了迅速发展。
现在,医学影像处理技术已经成为了现代医学中不可或缺的研究手段之一,未来也将继续发挥着重要的作用。
本篇文章将从多个维度探讨医学影像处理技术的发展趋势与前景。
二、技术手段1、数字成像技术数字成像技术是医学影像处理技术的基石,它可以将医学影像数字化,实现医学影像的绿色化、高清晰度化、遥测化等处理。
数字成像技术的发展也是医学影像处理技术的重要标志。
未来,数字成像技术还将在图像处理、三维重建、影像识别等方面进行创新,提高医学影像处理的精度和智能化程度。
2、人工智能技术人工智能技术也逐渐成为了医学影像处理技术的研究热点。
通过机器学习、深度学习等算法,在医学影像处理中应用人工智能技术可以大大提高医学影像的识别和分析能力。
未来,人工智能技术将在医学影像处理中扮演越来越重要的角色,成为医学影像处理技术发展的重要方向之一。
3、虚拟现实技术虚拟现实技术也广泛应用于医学影像处理中,通过该技术可以将医学影像转化为3D模型或虚拟现实场景,为医疗诊断、手术指导和疗效评估等提供支持。
值得注意的是,虚拟现实技术在医学教育与培训中的应用也日益广泛,它可以为医学学生提供最真实的模拟实战经验,不断提高医疗服务的质量与安全。
三、应用领域1、医疗诊断医学影像处理技术最广泛的应用领域之一就是医疗诊断。
通过对医学影像领域的研究,医学工作者可以更加准确的判断患者疾病的状况,为精确定位和诊断疾病提供帮助。
未来,医学影像处理技术将在医疗诊断领域实现更广泛的应用,进一步提高医疗诊断的准确性和科学性。
2、药物研发药物研发是医学影像处理技术的另一大应用领域。
基于医学影像处理技术的研究,药物的研发过程可以更加快速、安全和准确。
医学影像技术的应用及未来发展趋势医学影像技术的应用及未来发展趋势医学影像技术是现代医学诊断和治疗领域中非常重要的一部分。
随着科技的迅速发展,医学影像技术越来越被广泛应用于临床实践中,为医生提供了更准确、更全面的诊断信息,进而帮助患者获得更好的治疗效果。
一、医学影像技术的应用1. X射线摄影技术:X射线摄影技术是最早被广泛应用于医学影像学中的技术之一。
通过对人体的部分或全身进行X射线摄影,可以检测到骨骼结构的异常、肿瘤、肺部疾病等。
这项技术在临床上应用广泛,既可以用于常规的身体检查,也可以作为手术前的辅助工具。
2. CT扫描技术:CT扫描技术则是在X射线摄影技术的基础上进一步发展起来的一种影像技术。
它通过连续拍摄患者的体内切片图像,然后以三维视图呈现,不仅能够显示骨骼结构,还能够观察到软组织、血管、器官等内部结构的情况,有助于医生做出更准确的诊断。
3. MRI技术:MRI技术是一种基于磁共振原理的医学影像技术。
与X射线摄影技术相比,MRI技术更加安全,无辐射,适用于观察软组织的结构和功能。
它可以提供出色的分辨率和对比度,对于诊断肿瘤、中风、心脏病等疾病具有很高的准确性。
4. PET-CT技术:PET-CT技术是结合了正电子发射断层扫描(PET)和CT扫描的多模态医学影像技术。
它能够提供关于器官代谢、血流、细胞功能等方面的信息,对于检测肿瘤、评估治疗效果以及观察心脏功能方面都具有独特的优势。
二、医学影像技术的未来发展趋势1. 人工智能的应用:人工智能技术正逐渐在医学影像领域中发挥重要作用。
通过训练算法来识别和分析影像中的特征,人工智能能够辅助医生进行快速和准确的诊断。
未来,人工智能有望继续改进医学影像技术的效果,并帮助医生更好地应对临床挑战。
2. 功能性影像的发展:功能性影像指的是通过观察器官或组织在特定条件下的功能变化来获得信息。
这一技术在神经学、心血管学等领域有着广泛的应用,未来的发展方向则是将功能性影像与解剖学影像相结合,以提供更加全面和精确的临床信息。
医学影像技术的发展及未来趋势医学影像技术是医学领域中的一项重要技术,它能够帮助医生更好地了解病人的身体情况,从而提高诊断和治疗效果。
随着科学技术的不断进步和医学影像技术的不断发展,现在的医学影像技术已经远远超出了人们的预期。
一、医学影像技术的发展医学影像技术的发展可以追溯到20世纪初期,起初只是利用X光对骨骼进行成像和诊断。
随着时间的推移,医学影像技术逐渐发展出了多种成像方法,如CT(计算机断层扫描)、MRI(磁共振成像)和PET(正电子发射断层扫描)等。
在CT成像领域,不断推出的新一代设备已经实现了更高的空间分辨率和更快的成像速度,使得医生能够更准确地确定病灶位置和大小。
同样,在MRI成像领域,人们已经能够通过MRI动态成像技术,观察心脏的收缩和舒张过程,从而更好地诊断心血管疾病。
此外,随着分子影像技术的日益发展,功能性成像技术也已经在人体分子水平上实现了成像。
二、医学影像技术的未来趋势随着人们对医学影像技术的需求不断增加,未来的医学影像技术发展趋势也会更加多样化。
以下是我认为医学影像技术未来发展的几个趋势:1、完善的智能化性质未来的影像诊断系统将更加智能,这将有助于医生快速准确地判断出病情。
同时,AI技术将成为医学影像技术不可或缺的一部分,通过机器智能分析医学影像数据,实现快速筛查和诊断。
2、个性化医疗的实现未来的医学影像技术将更加个性化、精准,医生将可以根据病人的个体差异进行医疗诊断和治疗方案设计。
这不仅能够提高诊断的准确性,还可以减少误诊和漏诊的情况发生。
3、复杂疾病的诊治支持随着影像技术不断向前推进,医生能够更好的观察肿瘤、血管等更加复杂的疾病。
本场景下,人工智能技术的加入将会使得医生可以更好地分析这些疾病,对疾病进行更加准确的预测和治疗。
4、轻量化、便携式的设备未来的医学影像技术将更加轻量化、便携式,这将会让医生的工作更加便捷。
未来的手持式成像设备和无线电磁传感器可以实现医疗数据实时传输,从而提高工作效率,减少医生的工作负担。
高动态范围成像技术的研究现状与发展在数字相机、手机相机、甚至某些智能家居设备等数码产品中,我们经常看到HDR这个词语,其实HDR即high dynamic range(高动态范围),指的是一种新型的图像处理技术,能够在高亮度和低亮度区域同时展现详细信息。
那么,这种技术的研究现状与未来发展有哪些呢?一、高动态范围成像技术的定义首先,我们需要明确什么是高动态范围成像技术。
在相机拍摄一幅照片时,像素的亮度范围通常是有限的,但实际上,我们所看到的场景通常远比相机所能捕捉到的范围更广。
因此,如果只拍摄一张照片,很可能会产生一些亮度区域过暗或过亮的情况。
而高动态范围成像技术,可以通过多次拍摄不同曝光的照片,再通过算法进行合成,从而综合展现出所有照片的细节信息,兼顾高亮度和低亮度区域的呈现。
二、高动态范围成像技术的发展历程高动态范围成像技术的发展历程可以追溯到上世纪90年代。
当时,由美国加州大学圣塔克鲁兹分校的保罗·德巴,以及英国牛津大学的拉曼·西尼亚蒂,提出了一种基于多次曝光的数字摄影技术,即所谓的“拉曼曝光”。
这种方法能够将不同曝光条件下的多张照片合成为一幅图像,展现出更广泛的亮度区域。
此后,在数字相机的问世以及平板电脑、手机等消费电子设备的普及推动下,高动态范围成像技术得到了广泛的应用。
在之后的几年中,该技术的应用也越来越成熟,目前已成为全球摄影行业的标配之一。
三、高动态范围成像技术的实现方法那么,高动态范围成像技术是如何实现的呢?实际上,具体的实现方法有很多种,下面我们就来介绍一下比较常见的几种方法。
1.多次曝光相机先拍摄多张照片,每张照片的曝光时间不一样。
短时间曝光的照片可以保留高光区域的细节,而长时间曝光的照片可以保留阴影部分的细节。
通过这种方式,就可以综合各张照片的信息,合成一张兼顾高亮度和低亮度的照片。
2.以图像合成为基础的方法将多张照片中的信息以图像为单位进行提取和合成。
航空照相机的高动态范围成像技术航空照相机是一种用于航空摄影的设备,广泛应用于地理测绘、环境监测、遥感等领域。
在航空摄影中,高动态范围成像技术已经成为一项重要的技术,可实现在高光和阴影区域均能获得细节清晰的影像。
高动态范围成像技术(HDRI)是一种通过多次曝光和图像融合的方法,具有较大曝光值范围,用于获取比传统照相机更丰富的图像细节。
航空照相机的高动态范围成像技术可分为两个主要部分:图像获取和后期处理。
对于图像获取,航空照相机通常使用具有多个曝光模式的传感器。
这些模式可以在同一张照片上捕捉到不同曝光值下的图像,以便拍摄到较亮和较暗区域的细节。
其中一种常见的技术是自动曝光合成,即通过连续拍摄多张照片,每张照片使用不同的曝光值,然后将它们合成为一张高动态范围的图像。
除了多次曝光,航空照相机还可以使用滤镜和特殊的光学设计来增强图像的动态范围。
例如,渐变中性密度滤镜可用于减少亮部的曝光,使摄影师能够在亮光环境下仍然捕捉到细节。
此外,一些航空照相机还配备了逆光模式或HDR模式,可通过自动合成多个曝光进行图像处理。
在图像获取后,航空照相机的高动态范围成像技术需要进行后期处理,以获得最终的高动态范围图像。
常用的后期处理方法包括图像融合、色彩增强和细节增强。
图像融合是将多张不同曝光值的图像合并为一张高动态范围图像的过程。
这种方法通常涉及到对每张图像进行色彩对齐和对齐处理,然后根据不同的像素区域选择合适的曝光值,最终融合成一张光线均衡的图像。
色彩增强是通过调整图像的亮度和对比度来增强图像的视觉效果。
这种方法可以使图像的主体更加鲜明,并增强细节的可见度。
例如,通过增加阴影的亮度和减少高光的亮度,可以使图像看起来更加平衡,细节更加清晰。
细节增强是一种通过增强图像的细节来改善观感的方法。
在航空照相机的高动态范围成像技术中,常用的细节增强方法包括锐化、降噪和局部对比度增强。
锐化可以使图像更加清晰,降噪可以减少图像的噪点,局部对比度增强可以增强图像中一些区域的细节,使其更加突出。
医学影像技术的发展趋势和应用前景医学影像技术是指利用各种成像技术,如X光、CT、MRI等,对人体进行影像诊断的技术。
这种技术的出现,为医学诊断提供了前所未有的精度和准确性,也为疾病的早期发现和治疗提供了新的手段。
随着科技的不断发展,医学影像技术也在不断发展和进步,这篇文章将从技术发展趋势和应用前景两个方面来探讨医学影像技术的未来。
技术发展趋势医学影像技术的发展趋势主要与数字化、自动化和智能化紧密相关。
这些趋势的发展,将带来医学影像技术的新变革,让医生们在诊断和治疗方面能够更加准确和迅速。
数字化:随着数字化技术的不断进步,影像的获取、存储和传输将变得更加便捷和高效。
数字化技术可以将影像转换为数字信号,通过网络快速传输到各个医疗机构,使医疗资源得到更好的共享和利用。
自动化:自动化技术可以将影像的识别和分析过程自动化,减少医生的工作量和时间,同时也提高了诊断和治疗的准确率。
比如,可以使用机器学习算法来训练计算机自动识别影像,极大地提高了医学影像技术的效率。
智能化:智能技术可以让医学影像技术变得更加智能化和智能化,使医生可以更好地辅助诊断和治疗。
比如,可以利用人工智能算法来分析影像的复杂数据,提供准确的诊断结果,并辅助医生进行治疗方案的制定。
应用前景医学影像技术的应用前景十分广泛,涉及的领域广泛,应用也非常广泛。
从疾病的早期发现到治疗方案的制定,都可以用到医学影像技术。
下面将介绍医学影像技术几个正在发展的应用领域。
癌症诊断:医学影像技术在癌症诊断中的应用越来越受到重视。
通过对患者进行CT、MRI等医学影像检查,可以达到早期发现肿瘤的目的,提供早期治疗的可能性。
心血管检查:医学影像技术在心血管检查中的应用也越来越广泛。
通过心电图、超声波等医学影像技术,可以对心血管系统进行全面检查,识别出疾病,制定出对应的治疗方案。
神经系统检查:医学影像技术在神经系统检查中也发挥着重要作用。
比如,通过核磁共振技术,可以更加准确地诊断出脑部、脊椎等疾病。
医学影像技术的现状和前景一、医学影像技术概述医学影像技术是指运用各种技术手段来获取人体内部结构、功能、代谢和病变等信息的技术,是现代医学诊疗过程中必不可少的一项技术。
其中主要包括X线摄影、CT、MRI、超声波、核医学等多种技术手段。
二、现状1、技术水平提升医学影像技术在近年来得到了巨大的发展,从最初的X线摄影,到后来的CT、MRI等新技术的出现,都为临床医学诊疗提供了更加精确的、不可替代的手段。
尤其是数字化技术的应用,使得医学影像技术在图像分辨率、信噪比、动态范围等方面得到了大幅度提高。
2、临床应用广泛医学影像技术已经成为现代医学诊疗和研究中的重要组成部分,广泛应用于心脑血管疾病、肿瘤、骨科、妇产科、消化系疾病等多个领域。
现阶段,医学影像技术不仅可以为医生提供疾病诊断和鉴别诊断的依据,而且还可以治疗指导、手术规划和疗效评价等方面提供重要的参考信息。
3、AI的应用随着人工智能技术的发展,医学影像技术也开始采用AI技术,通过深度学习等技术手段,自动学习影像特征,自动化读片等,进一步提高了影像诊断的准确度和效率,使医生们的工作更加便捷高效。
三、前景1、技术不断创新随着新技术的出现和发展,医学影像技术正朝向更加高分辨率、更加高精度的方向发展,例如数字减影、CT成像、影像重建等技术,都在改进和创新中不断提高影像清晰度,以满足不同领域的应用需求。
2、跨领域融合医学影像技术的应用领域不断扩展,如医学影像与机器人技术的结合,可以在微创手术中减少误差,提高手术精度;医学影像与建筑结构中的应用,在长期保养和安全评估方面有着广泛的应用前景。
因此,医学影像技术在跨领域融合方面也有着广阔的发展前景。
3、大数据助力医学影像技术的数字化使得大规模数据的获取和处理成为可能,医学大数据的建设将为医学影像技术的发展提供重要的动力。
通过大数据深度学习,可以提升医学影像的自动识别、分类和患者管理效率,从而实现更加精准的医疗服务。
四、结论综上所述,医学影像技术是一项快速发展,广泛应用的技术。
未来十年医学影像技术的发展趋势随着现代医学科技的快速发展,医学影像技术已经成为现代医生诊断、治疗疾病的重要手段之一。
特别是在近年来,三维影像技术的发展,动态监测系统和医学机器人的出现,使得医学影像技术的应用范围不断扩大,成为医学领域未来的关键技术之一。
本篇文章将从影像技术的应用领域、技术改进方面等角度,探讨未来十年医学影像技术的发展趋势。
一、应用领域随着现代医学的深入研究和不断发展,医学影像技术的应用领域也在不断扩大。
在未来十年,医学影像技术将会在以下几个方面有所应用。
1. 早期诊断:未来的医学影像技术将会更加精细化和智能化,可以早期发现患者的疾病。
这对于癌症等疾病早期诊断非常重要。
2. 精准治疗:未来的医学影像技术将会更加个性化和定制化。
医生可以根据患者的影像数据,开发出更为精准的治疗方案。
3. 电子病历:未来,医学影像会成为患者电子病历中非常重要的一部分。
患者的影像数据将会随时随地被医生查看和分析,从而实时调整治疗方案。
二、技术改进未来十年,技术改进将会是医学影像技术发展的关键。
1. 人工智能技术:未来的医学影像技术将会引入人工智能技术。
通过深度学习等技术,人工智能可以对患者的影像数据进行智能分析和处理,减轻医生的工作负担,提高诊断准确率。
2. 3D打印技术:由于3D打印技术的出现,医生可以将患者的影像数据转换成三维模型,从而更加直观和立体地理解患者的疾病,制定更加精准的治疗方案。
3. 超快速成像技术:未来,医学影像技术将会引入超快速成像技术,可以大幅度缩短扫描时间,减少中断时间,从而提高患者的舒适度。
三、未来挑战虽然未来十年医学影像技术的发展前景看好,但是也面临着一系列挑战。
1. 数据安全问题:医学影像数据的保密性是第一位的。
未来医学影像技术的发展中,加强数据保密安全是不可或缺的。
2. 技术费用:随着医学影像技术的快速发展,技术成本不断上升。
为了普惠大众,未来需要不断降低技术成本,使得更多人可以享受到医学影像技术的益处。
医学影像技术的进展和未来发展趋势随着医学技术的不断发展和进步,医学影像技术的应用也越来越广泛。
医学影像技术是现代医学中必不可少的一部分,它不仅可以帮助医生准确地诊断病情,还可以为患者提供更加安全和有效的治疗方案。
本文将从放射学、超声学以及核医学三个方面,介绍医学影像技术的进展和未来发展趋势。
一、放射学放射学是医学影像技术中最为常见和重要的一类。
放射学包括X射线、CT、MRI、PET/CT等多种检测方式,每一种检测方式都有其独特的应用场景和优势。
其中,X射线是最早被发现并且应用于医学中的一种放射学技术,它常用于检测骨折、肺结核、胸部疾病等病情。
随着医学影像技术的发展,放射学的应用也越来越广泛。
CT 技术的出现使得医生可以更加清晰地看到人体的内部结构,它在疾病的早期诊断以及治疗方案的制定方面都起到了重要的作用。
MRI技术则具有不使用放射线的优势,它可以更加准确地显示人体组织的内部结构,对于神经、肌肉等脏器的检测尤为重要。
PET/CT技术则将正电子发射与计算机断层扫描结合在一起,可以更加准确地定位恶性肿瘤的位置,并为患者提供更加个性化和有效的治疗方案。
未来,放射学的发展方向将会更加注重三个方面:首先,技术的进一步升级,如CT设备的高分辨率化、MRI设备的超高场强化、PET/CT设备的智能化等;其次,多模态影像技术的发展,即将多种影像技术结合在一起,再次提高医生对疾病的诊断准确性;最后,基于数据科学的医学影像分析和诊断系统的开发,即通过人工智能等技术,建立大规模、准确、高可靠的医学影像数据库,加快影像的分析和处理速度,为医生提供更加客观的判断和建议。
二、超声学超声学是一种使用高频声波来检测人体内部结构的技术,它不使用放射线,因此具有更加安全的优势。
超声技术常用于产科、心脏科等领域,可以帮助医生更加准确地检测胎儿的生长状况、心脏的构造和功能等情况。
随着医学技术的发展和改进,超声学的应用也不断地受到重视。
未来,超声学的发展方向是在提高成像质量和局限性方面作出努力。
高动态范围连续影像技术的发展及前景数字化是当今世界电影行业发展的必然趋势.随着数字化浪潮带来的新技术应用,成像技术也在不断地提高。
而高动态范围成像技术,也将成为对影片画面质量的提高具有强大推动力的角色。
一、高动态范围成像技术的起源及发展1.高动态范围成像技术的起源高动态范围成像(英文缩写HDR)技术原本用于记录核爆炸瞬间,是在20世纪30至40年代,由美国摄影师查尔斯·威科夫首先提出的。
在20世纪40年代,威科夫和埃尔顿一起在太平洋拍摄核爆时,首先使用了这一技术。
1952年,威科夫使用高动态范围成像技术记录了世界上第一颗试验性氢弹“常青藤麦克”的爆炸。
那张题为“常青藤麦克”的照片后来发表在1954年美国《生活》杂志的封面上, 成为最著名的HDR照片。
随后这种成像技术才真正被定义,并逐渐发展成从一组不同曝光量的影像中,集成为一幅高动态范围影像的方法。
2.高动态范围成像技术的发展进入20世纪晚期,美国南加州大学的Paul Debevec博士公开提出了组合多个不同曝光量影像以生成HDR影像的技术。
在1997年的SIGGRAPH展会上,他发表了题为《从相片中恢复高动态范围光彩图》的论文。
这篇论文阐述了如何对同一个画面,用不同曝光量多次拍摄,随后组合处理这些不同曝光量的影像,从而得到一幅合成的HDR影像。
经过前期的拍摄和后期的处理这一复合过程,自然使得画质远超单次拍摄的结果。
这样一来,纵使感光器件或者胶片的宽容度有限,却仍然能通过多次成像,得到动态范围特别高的影像。
随后,各种包括压缩比特深度等电脑应用算法被开发出来,使得HDR影像终于可以在传统的设备(如显示器)上显示出来。
以上就是HDR摄影在上世纪的发展概况。
进入21世纪以来,随着数码相机的普及和相关软件处理能力的增强,使得人人皆可成为摄影者。
而在摄影界被广泛使用的HDR影像这个术语,就几乎演变成为数码图片摄影的专利,一般特指在数码摄影中,使用包围曝光生成的影像,经过后期软件影调处理过程,得到的高动态范围影像。
而本文所说的HDR影像并非照相术中的单幅照片,而主要是指HDR 视频或基于文件的高动态范围连续影像。
HDR视频的概念被正式提出来,到现在也有十多年了。
在2000年就已经出现过关于消费级别的HDR视频的论文了,但在专业的连续影像领域,至今未有人成功探索出能够付诸应用的流程。
如今我们常提起的HDR往往是指图片摄影,而凤毛麟角的所谓HDR视频也只是延时逐格摄影而已。
目前的延时逐格摄影,严格来说并不是传统意义上的电影拍摄,因为处理上依然是在电脑上逐张HDR合成再拼接成片段,而不是拍了视频片段再整体HDR 合成。
真正意义上的高品质专业级HDR连续影像(包括视频),到现在还远没达到轻松易得的程度。
二、高动态范围成像技术的应用特性及前景1.高动态范围成像的技术特性那么,我们为什么需要高动态范围成像技术?有些人认为现今的数字拍摄设备已经足够好了,其动态范围早已超过了胶片,根本不需要发展HDR摄影了。
但实则不然。
首先,这是因人类科技普遍发展所推进的必然结果。
即便我们有了某些可靠的技术,可以实现某些基本功能,但随着技术的进步,仍会有新技术的出现。
即使在胶片摄影技术出现100年后,甚至已经完全规范和成熟,却仍然有数字摄影出现取而代之。
这正如爱迪生经过无数次试验,最终确定了使用碳化的竹子纤维作为白炽灯灯丝,但是仍然被后人发现,原来使用钨丝效果更好、更持久。
而且,至今仍有一些人的传统观念里还认为数字拍摄设备的画面表现力比胶片弱,而实际情况是,即使是民用的数码相机的宽容度也已经相当可观了。
几年前推出的索尼A900,其在ISO 200感光度设置下直接成像所得的JPG图像的动态范围已经可以达到9,RAW文件的动态范围则更高,可以达到12。
Arri摄像机的更是能达到14!而人眼的动态范围可感知能力大约也就是15EV。
而胶片中宽容度最大的负片大约是10EV。
看似胶片完全不如数字,但为何人们经常认为胶片效果更好?因为胶片有着类似人眼的感光效果,其感光特性曲线更接近人眼对光线的非线性感知能力。
胶片的感光特性曲线起始部分有个平缓阶段,中间有一段大斜率的接近线性的猛增,而到后来又趋于平缓。
胶片的感光特性曲线之所以会呈现这种特性,首先就是由于曝光量特别小时,导致化学反应的感光银盐离子还不足以被迅速激活,因为银盐制造出来的时候本身也有一定的密度,这也一定程度上抑制了光化学反应的开始,所以此时曝光曲线斜率很小。
其二是当曝光量足够大时,银盐持续接受光子,光化学反应便开始迅速进行,此时由于银盐是足够量的,反应速率基本上只取决于持续辐射的光,所以此时曝光密度就近似线性增长,此时也是胶片最重要的曝光范围段。
然后,当曝光量大到胶片密度已经过大时,反应便开始受到抑制,此时剩余未反应的银盐的消耗开始减慢,但是仍处于消耗阶段,于是密度还会增加,于是就愈发抑制光化学反应继续进行,结果此时曝光曲线的斜率又趋于缓和。
所以我们说胶片的感光特性曲线并不是完全线性的。
在使用胶片拍摄大反差场景时,高光使某区域银盐持续感光,该区域密度不断增大,反而最后削减了反应速率,从而最大限度地自然避免了死白。
暗部也是如此,不会过曝,但是又有密度,因此没有死黑。
这与人眼的感光能力接近,由此造成了观众普遍认为观看胶片画面的感觉比较合适。
然而数字影像的产生就是完全线性的了。
我们以12 比特的传感器为例,当传感器采用12比特时,即212=4096个灰阶来对采集到的数据进行编码。
当在不改变曝光时间的情况下,有能够令芯片溢出的光量进入时,这时该芯片上的电荷就上升到最高值,也就是第4096的灰阶,也就是说第4096的灰阶就表示光线刚好溢出。
当进光量减少一半,即降低一挡,这时使得芯片上的电荷上升到第4096的一半位置,即第2048的灰阶处,因此第2048的灰阶就表示比过曝-1挡的光量。
而在过曝-1挡到过曝之间的光量就被记录在2049至4096之间(共有211=2048个不同的感应级别)。
当光量再减低一挡时,产生的电荷只达到第1024灰阶的水平,因此第1024灰阶就代表过曝-2挡的光量,而介于过曝-2挡与过曝-1挡之间的光量就被记录在1024至2048之间(共有210=1024个不同的感应级别)……以此类推,不断的递减,过曝-6挡的光量只用剩下的64个灰阶来记录。
因此,对于图像而言,如果过曝-3挡是“正确”的曝光的话,那么整个图像中的大部分信息都被记录在512至1024的灰阶中,阴影区的信息记录在0至512之间,高光和过曝的信息记录在1024至4096之间。
如此一来,很显然画面中相对较亮的部分被更多的灰阶所表述,而相对较暗的部分则只剩下很少的灰阶来表述,这并不符合人眼对自然界的观察习惯。
感光芯片由于其线性感应,使用了大量的位深去记录高光区段的无内容层次,而对本应感知到细节丰富的暗部,能记录到的信息很少,这和人眼的观察习惯截然相反。
所以,未经处理过的数字影像是不容易被习惯观看胶片画面的观众所接受的。
这也是目前HDR技术在连续影像中的应用,没有被广泛接受的主要原因之一。
然而仅仅通过改变曲线,将表现非亮部的少量灰阶拉长,使其在没有密度内容增加的情况下占用更多的位深,仍然是很难得到层次丰富的影像的,这就需要拍摄得到更多的动态范围的有内容层次,从而使更多的细节(有可能是有选择性的)被表现出来。
自然世界中景物的动态范围虽然远远超过50000:1,但是自人类历史发展以来,我们倾尽全力所得到的对于真实世界的影像复制品,其最大动态范围也只能达到区区300:1,甚至更低的256:1。
而今随着数字技术的飞速发展,使得我们能够通过借助高科技手段,提高人工所能记录或表现的动态范围,使其更接近自然界的真实事物。
而这也正是HDR技术的真正意义之所在。
在真实世界中,非常明亮的高光点和比较黑暗的阴影经常存在于同一画面中。
怎样把它们同步记录下来,是一个一直困扰摄影师的问题。
在数字摄影时代,因为CCD或CMOS 等传感器的线性成像特性,高动态范围图像的捕捉效果更不容易为非线性的人眼所接受。
数字成像时,一般取18%中灰为标准正常曝光,但是当画面中亮部光强达到数字成像器件线性响应的最大限度时,就会陡然截断,使得那一部分细节根本没有被记录下来,从而得到的画面与人眼所感受到的场景有很大不同。
但是如果拍照时按高光部分的亮度曝光,暗部必然曝光不足,阴影部分就会成为死黑而缺乏层次。
反之,若按阴影部分的亮度曝光,高光部分则肯定曝光过度,那一片惨白更是毫无细节可言。
通过HDR摄影,我们可以把现场不同曝光量的信息以多层画面同步记录下来,并最终合成同时具有高光和阴影细节的图像,从而实现把现场景物不同的光强度尽量多地记录下来的目的,使形成的画面更接近人眼所感受到的动态范围。
2.高动态范围成像技术的应用前景在基于文件的连续影像拍摄中,通过合成每一帧画面中不同曝光量的低动态范围影像数据,并利用现有的各种技术手段,解决或是减轻各种分时多次曝光时间差造成的像素位移,或者双机拍摄角度导致的像素错位,生成能正确显示的用不同曝光量记录到的合成HDR影像。
这在当前还是一种应用手段的探索,一旦将来有了完善的、经过实践检验的,并且能够成熟运用的HDR连续影像制作技术,得到画面的层次将会更加丰富,电影的视觉表现力也将随之会得到显著增强。
其带来的技术进步不仅仅是针对放映端的改善,更重要的是,HDR 拍摄让后期制作资源更加丰富,使调色师获得更多的资源,不再困惑于生拉硬拽、只有亮度没有密度地提高反差。
有了更多的动态范围资源,可以被表现出来的层次也就更多、更容易。
例如,一些广告中为了提升表现皮肤美白的效果,而刻意增大光比带来的毫无层次的画面表现力;或是在拍摄重大场面以及不方便人工控制光比的特殊情况下,拍摄出有记录价值的画面;即使是比较常规的普通商业影片,在拍摄时也会面临光比可控性不佳的局面,当需要表现的人物从高亮度的室外走进,加入昏暗室内的谈话时,不再需要回避原本应该使用的更有说服力的长镜头,通过HDR可以直接实现。
三、高动态范围成像技术在国外的发展现状几年前,Soviet Montage公布了一段用2台5DII单反照相机拍摄的HDR影片。
该段影片曾经号称是首部真正的HDR短片。
当时他们首次提出了双机同步拍摄方案,其最主要的突破是如何让不同位置的相机没有视差。
这在当时还是相当振奋人心的。
Soviet Montage的解决方案是用了个分光棱镜,把影像分成两个,并分别进入两个相机。
该公司称这是致力于低成本的HDR解决方案。
他们的这个解决方案是出售的,以期通过收集资金,进而研究更好的解决方案。
两年过去了,最后的结果不过是在app store 上出现了2个基于iOS上的HDR拍照应用而已。