研究高動態範圍影像 (High Dynamic Range Image)這麼久了，一直沒有把它統整得很精簡，先前看了一個不錯的簡報，在此特別整理出來參考。之前研究的文章：動態範圍 (Dynamic Range)、高動態範圍 (High Dynamic Range)。
什麼是高動態範圍(High Dynamic Range, HDR)影像？
動態範圍(Dynamic Range)：輸出與輸入裝置所能容許的最大與最小值的比值；以影像來說，即為影像中最亮值與最暗值之比值。
相對於傳統影像(Low Dynamic Range Image, LDRI)只使用3 bytes來表示每個像素，表示的範圍0~2^24，HDRI則通常使用4 bytes浮點數來儲存亮度資訊，可表示的範圍立即擴大至0~2^32。
為什麼需要高動態範圍(High Dynamic Range, HDR)影像？
高動態範圍(High Dynamic Range, HDR)影像之於低動態範圍(Low Dynamic Range, LDR)影像至少有下列四種優勢：
- 可以記錄下場景中真實的亮度。
- 不會將「白色區塊」與「很亮的區塊」混淆。
- 在「亮度解析度」上有長足的進步，高光區與低光區的細節均可保留。
- 運用其保留細節的特性，創作出令人驚艷的藝術作品。
為什麼需要色調映射(Tone mapping)？
有三種方式顯示HDR影像：
- 使用HDR顯示設備
- 透過不同曝光程度顯示HDR影像（一次只顯示一個區段的亮度值）
- 色調映射(Tone mapping)（Tone reproduction / HDR compression / HDR optimization）
色調映射(Tone mapping)的分類
為什麼需要色調映射(Tone mapping)？
色調映射問題定義：
各式各樣常見的顯示設備動態範圍都小於真實世界，我們如何在LDR顯示設備上顯示HDR影像？
色調映射(Tone mapping)操作子可以分為四個種類：
- Global operators
- Local operators
- Frequency domain operators
- Gradient domain operators
Global operators:
使用相同的非線性曲線壓縮每個像素。
Local operators:
藉由考慮區域鄰近像素使用非線性曲線獨立地應用在每個像素。
Frequency domain operators:
基於空間頻率(spatial frequency)，選擇性地減少影像組成的動態範圍。
Paper: Fast Bilateral Filtering for the Display of HDRI
Gradient domain operators:
修改影像的導數來達成動態範圍重現。
Paper: Gradient domain HDR compression
參考：National Chung Hsing University – Tone Mapping Algorithms for HDR Images (Lin-Yu Tseng (曾怜玉))。
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