隨著索尼Alpha 7 V的上市，其16檔+的圖片動態(tài)范圍超過了不少中畫幅相機(jī)。而這個實(shí)現(xiàn)的原理就是DCG HDR功能，今天我們就來簡單講解一下發(fā)展至今的幾代HDR技術(shù)，它們都是如何實(shí)現(xiàn)的。

第一代HDR技術(shù)——Staggered HDR

第一種也是相機(jī)/手機(jī)行業(yè)最早實(shí)現(xiàn)的功能叫做Staggered，簡單講就是包圍曝光+機(jī)內(nèi)合成，這種方式100%會出現(xiàn)運(yùn)動偽影。為了減輕偽影，OmniVision采用一行像素長曝光一行像素短曝光的方式去實(shí)現(xiàn)Staggered WDR，同時索尼也有將長短曝光行進(jìn)行疊加合成的，稱為BME/Interleaved技術(shù)，會損失一半的空間分辨率。進(jìn)一步的還有SME技術(shù)，以棋盤格方式進(jìn)行長短曝光并進(jìn)行合成，分辨率下降的同時一樣有偽影出現(xiàn)。

比如經(jīng)典的大疆傳家寶OV48C就擁有2種Staggered HDR技術(shù)和行業(yè)首發(fā)的DCG HDR模式。實(shí)際操作中這塊傳感器采用的是第一行短曝光第二行長曝光，第二行短曝光第三行長曝光，第三行短曝光第四行長曝光這樣的片上行交織進(jìn)行HDR拍攝。

但Staggered HDR技術(shù)本質(zhì)上就是拍攝兩次進(jìn)行曝光合成，所以動態(tài)范圍“夠用”的相機(jī)傳感器就懶得在傳感器層面去實(shí)現(xiàn)其功能。因?yàn)橹灰巧杂屑夹g(shù)能力的風(fēng)光攝影師就能手動拍攝出類似的效果，沒有必要為了動態(tài)范圍去增加拍出殘影的可能性。而在視頻領(lǐng)域，ZCAM E2有使用這個原理實(shí)現(xiàn)的HDR視頻功能，還是很有療效的。

最后總結(jié)一下，第一代HDR技術(shù)Staggered能夠比較大幅度增加動態(tài)范圍，但需要經(jīng)歷兩次曝光，會不可避免的出現(xiàn)殘影。

第二代HDR技術(shù)——DCG HDR/DGO

無論是DCG HDR還是DGO都基于雙原生感光度，它們只是名稱不同，索尼稱它為Dual Concersion Gain，三星稱其為IDCG/Smart ISO-pro，OmniVision也有稱它為SCG。

雙原生感光度就是設(shè)計(jì)兩個不同幅度的模擬信號放大電路，讓傳感器有2個原生感光度點(diǎn)，一個低一個高。此時你增加感光度到高轉(zhuǎn)換增益點(diǎn)時，畫面噪點(diǎn)數(shù)量就會大幅度的降低，然后再逐級增加。當(dāng)然如果你愿意的話，也可以“三原生感光度”甚至更多，設(shè)計(jì)難度就會更復(fù)雜成本也會更高。目前佳能EOS R1/EOS C80就擁有三原生感光度功能。

在傳感器上擁有了兩套不同放大電路后，就可以依靠這兩套放大電路對一次成像進(jìn)行兩個不同增益值的模數(shù)轉(zhuǎn)換，并將兩個轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行曝光合成，就成為了一張高動態(tài)范圍的圖像了。

如果你還不能理解的話，就是快門速度和光圈值不變的前提下，ISO100拍一張照片，再ISO800拍一張照片，通過修圖軟件將這兩張照片進(jìn)行HDR合成。而DCG HDR/DGO功能只需要拍一次就在傳感器端完成了所有步驟，無需你去操作。相比于Staggered HDR，DCG HDR/DGO功能妙就妙在只曝光一次即可，所以沒有了殘影出現(xiàn)的可能性。

但是DCG HDR/DGO的缺點(diǎn)也在于此，因?yàn)橹黄毓庖淮嗡栽黾拥膭討B(tài)范圍程度不如Staggered HDR，能在原先基礎(chǔ)上增加兩檔已經(jīng)是謝天謝地了。但對于本來就動態(tài)范圍強(qiáng)大的大尺寸相機(jī)傳感器來說，平白增加兩檔那真的是非常非常好的技術(shù)。

DCG HDR/DGO只能機(jī)械快門中使用么？

目前照相機(jī)和攝像機(jī)領(lǐng)域，擁有這方面技術(shù)的產(chǎn)品不多，無論是松下LUMIX S1M2/G9M2/GH7還是索尼Alpha 7 V都是只能在機(jī)械快門下才能自動開啟DCG HDR功能。而松下LUMIX S1M2/GH7在視頻拍攝時如果要開啟高動態(tài)范圍模式的話，就需要犧牲一半幀率且讀出速度變慢1.5倍左右。那么電子快門就不能使用DCG HDR/DGO技術(shù)么？非也。

手機(jī)領(lǐng)域基本都沒有機(jī)械快門，但它們依然可以使用DCG HDR/DGO技術(shù)。不止如此，在最近兩年里手機(jī)傳感器在HDR技術(shù)中展開了激烈的軍備競賽。不止是使用DCG HDR，甚至還用上了TCG HDR（單次曝光三原生感光度融合），還在這個基礎(chǔ)上疊加使用Staggered HDR，再進(jìn)行3-4幀的多重曝光融合。

這直接導(dǎo)致了2023年首發(fā)OmniVision OV50H的小米14系列宣稱動態(tài)范圍高達(dá)13.5EV。幾個月后首發(fā)索尼LYT-900的OPPO Find X7 Ultra宣稱動態(tài)范圍達(dá)到14EV。兩個月后榮耀Magic6至臻版首發(fā)了OmniVision OV50K，使用Lofic技術(shù)將動態(tài)范圍提高到15EV。至今在動態(tài)范圍方面的“軍備競賽”依然沒有結(jié)束的痕跡，華為攜手思特威首發(fā)國產(chǎn)一英寸傳感器，同樣使用Lofic技術(shù)將動態(tài)范圍提高到16+EV。

所以DCG HDR/DGO技術(shù)不僅可以在電子快門下使用，還可以疊加第一代HDR技術(shù)獲得更多動態(tài)范圍。只是相機(jī)行業(yè)因?yàn)閭鞲衅髯銐虼笏詻]有那么大的必要。

第三代HDR技術(shù)——Lofic

上文提到了Lofic技術(shù)就是目前將會成為第三代的HDR技術(shù)，并且還可以與前兩代HDR疊加使用。今年這項(xiàng)技術(shù)很可能將會在國產(chǎn)手機(jī)行業(yè)迅速普及開來。

LOFIC即橫向溢出積分電容技術(shù)，其核心在于為圖像傳感器中的每個光電二極管配備一個高密度電容。當(dāng)光線強(qiáng)度過高導(dǎo)致光電二極管產(chǎn)生過多光電子時，超出承載能力的部分將被引導(dǎo)至相鄰電容中儲存，而非因飽和而流失。這一機(jī)制有效避免了強(qiáng)光區(qū)域的過曝問題，使傳感器能夠更完整地記錄場景中的高光信息，最終輸出的圖像在光影還原上更加真實(shí)自然，接近人眼所見的實(shí)際效果。

DCG HDR/DGO的原理相當(dāng)于一次曝光讀出了兩張照片，而LOFIC的原理相當(dāng)于有一大一小兩個水杯在接水。后者設(shè)計(jì)難度更大，同時要考驗(yàn)芯片設(shè)計(jì)能力和算法調(diào)節(jié)，但上限更高。目前來看LOFIC技術(shù)已經(jīng)非常的喪心病狂，實(shí)拍中對比度被拉的非常平整，高光被徹底的保護(hù)住了，但缺乏了一點(diǎn)影調(diào)感。但這就像RAW文件那樣，高動態(tài)范圍我可以不用，但你不能沒有。看下來Lofic技術(shù)比較大的問題除了圖像傳感器設(shè)計(jì)難度大以外，還會影響極限成像清晰度，不過我覺得在小傳感器上追求極致分辨率本來就是個偽命題。

還有哪些HDR手段？

在我查資料的過程中，我發(fā)現(xiàn)HDR的實(shí)現(xiàn)方式在業(yè)內(nèi)有相當(dāng)多，我們文章里提到的三代HDR技術(shù)外還有好多種。我就簡單給大家介紹一下目前被提出來的所有HDR方案，當(dāng)然我也并不是這方面研究者，看著也是有點(diǎn)云里霧里。

Lin-Log模式是讓像素具備Log響應(yīng)曲線，壓縮輸入信號的動態(tài)范圍。這個和視頻的Log曲線不同，是硬件層面的，曾經(jīng)有一家叫做NIT的法國公司生產(chǎn)過帶這個技術(shù)的圖像處理器，但沒有成為主流。OmniVision除了提出了DCG以外還提出過Split-Diode模式，將像素的光敏區(qū)劃分稱高敏感和低敏感兩種。最后就是引入空穴載流子的Complementary Carrier模式，性能與Lofic一樣都非?？膳?，目前還沒有見到過商品化的圖像傳感器。

最后做個總結(jié)，前兩代HDR技術(shù)主要增加的是暗部動態(tài)范圍，第三代Lofic技術(shù)核心保證高光動態(tài)范圍。第二代DCG技術(shù)雖然增加動態(tài)范圍程度不夠大但副作用幾乎沒有，而其他兩代都有一定副作用。這三代技術(shù)有機(jī)會疊加使用，效果可以累加，讓“指甲蓋”傳感器得到全畫幅傳感器級別的動態(tài)范圍。

以上就是我簡單的一些科普，希望大家能喜歡。