HDR技術在現(xiàn)場攝影中的應用研究

郝新華

(廣東警官學院 刑事技術系，廣東 廣州 510232)

HDR是英文High－Dynamic Range的縮寫，即高動態(tài)范圍。在圖像處理、計算機圖形學和攝影等領域，運用高動態(tài)范圍影像技術能夠比通常的數字成像技術或攝影方法獲得更大的動態(tài)范圍，可以獲得被拍景物從最亮區(qū)域到最暗區(qū)域更多的細節(jié)。HDR影像是使用相關軟件將多張不同曝光量的源文件進行影像融合，最終得到一幅同時兼顧高光和暗部細節(jié)層次的照片。在實際拍攝過程中，我們經常會遇到被拍景物光比過大的情況。此時曝光量的確定很難同時兼顧高光和暗部的細節(jié)層次，高光過曝和暗部欠曝現(xiàn)象常常二者居其一或二者兼有。傳統(tǒng)膠片的寬容度較高，但要想同時兼顧高光和暗部的細節(jié)層次，一般使用中灰漸變鏡或采用技術更復雜的后期多底合成等方法才有可能得到一幅高光和暗部兼顧的照片;而使用常規(guī)數字成像技術或攝影方法，在被拍景物亮度范圍超出傳感器能夠記錄的最大動態(tài)范圍時也無法同時兼顧高光和暗部的細節(jié)層次。HDR技術的成熟和后期處理技術的程序化使HDR影像的獲得更容易，影像效果更完美。

一、HDR照片拍攝的技術要求

HDR影像的特點決定了進行HDR攝影時，同一組中每一個源文件都對所拍攝景物的影像效果有非常重要的作用。曝光不足的影像突出高光的細節(jié)，曝光過度的影像反映暗部細節(jié)，準確曝光的影像記錄中間層次特征，因此，每一個源文件的拍攝都會對HDR影像合成的成敗和影像質量的高低產生較大的影響。

(一)拍攝HDR源文件時，一組照片中源文件的內容應該是完全一樣，雖然某些HDR處理軟件對輕微移動影像具有對準功能，但是源文件之間沒有任何的移動是獲得完美HDR影像的前提，因此需要一個穩(wěn)固的三腳架以固定相機。

(二)由于拍攝源文件之間具有不同的曝光量，因此最好使用具有自動包圍曝光功能的相機，在光圈優(yōu)先模式下進行連續(xù)拍攝。如果相機沒有該項功能，可使用手動曝光模式通過改變曝光時間完成拍攝，也可以采用光圈優(yōu)先模式確定光圈后，使用曝光補償功能來完成不同曝光量的控制，分別從曝光過度到曝光不足進行拍攝，得到一組同一場景不同曝光量的影像。拍攝過程中，如果改變光圈大小進行拍攝則會導致因景深的混亂而使后期影像融合失敗。

(三)拍攝HDR源文件時，同一組所有源文件除曝光量 (嚴格來講，應該是曝光時間)不同外，其他拍攝條件，譬如拍攝范圍、光圈、對焦點、感光度、白平衡等必須完全一致，同時拍攝的內容最好是靜止的物體。

(四)同一組源文件的曝光量可以根據具體拍攝條件及拍攝要求確定。拍攝時可以使用1EV或2EV等作為步長改變曝光量，也可以根據實際情況使用更小步長改變曝光量，以使影像亮度的過渡更加細膩平滑。源文件的數量可以根據實際需要選擇。

(五)影像的存儲格式應采用JPEG或RAW格式。如果源文件選擇RAW格式可以在HDR專門軟件中直接進行格式轉換，也可以使用高級的RAW文件轉換軟件。筆者建議，在現(xiàn)場攝影中，使用JPEG格式記錄源文件方便快捷，更加實用。

(六)在環(huán)境光線較弱需要長時間曝光條件下拍攝時，建議采用反光板預升鎖定拍攝功能，并使用遙控快門線或2S自拍方式釋放快門以消除拍攝時震動帶來的影響。

二、HDR影像融合技術方法

進行HDR影像融合時，可以選擇的軟件很多。常用的影像處理軟件譬如photoshop(CS2及以上版本)、nEOIMAGING等軟件中具有HDR功能;還有一些專門的HDR軟件譬如Photomatix Pro、FDRTools、Dynamic Photo HDR、Artizen HDR、HDR PhotoStudio、HDR Photo Pro等。這些專門的HDR軟件都有免費試用版本。通過筆者的試用，在Photoshop CS中處理HDR比較復雜，需要較高的技巧，初學者不建議使用;在nEOIMAGING軟件中處理，操作簡單，對影像效果要求不高時可以試試;Photomatix Pro等專門軟件的功能比較專一，菜單設計也比較簡單，建議在要求較高時使用。下面以nEOIMAGING和Photomatix Pro軟件為例，簡要說明其使用方法。

(一)nEOIMAGING軟件處理方法

1)打開nEOIMAGING軟件，點擊“效果/其他特效/包圍曝光三合光Ⅳ型電子出版系統(tǒng)一［HDR］”;2)點擊加載照片 (多張)，在存放拍攝源文件文件夾中選擇需要進行處理的源文件并確定;3)點擊右下角“預覽”即可在界面中出現(xiàn)處理后的HDR效果預覽，如果需要調整效果，可以在左下角的“選項”欄中調整“高光細節(jié)”或“暗部細節(jié)”參數并進行效果預覽，然后點擊“確定”;4)如果有需要，可直接在nEOIMAGING軟件或其他處理影像處理軟件中對生成的HDR影像進行適當處理，然后另存為一個文件即可;5)也可在原始界面中點擊左下角的“工具”并選擇“從RAW文件分解出三張照片”，并在存放拍攝源文件文件夾中選擇需要進行處理的RAW格式文件，然后再按照以上步驟3和步驟4進行處理。使用一張RAW格式的照片，使用影像處理軟件按照不同的曝光值轉換成一組JPEG格式。筆者通過實驗，認為此方法雖然拍攝時比較容易，但從RAW文件能夠獲得的動態(tài)范圍是有限的，尤其對于有明亮窗戶的室內場景等情況下，其HDR影像效果一般，不建議使用。

(二)Photomatix Pro軟件處理方法

1)打開Photomatix Pro軟件，點擊“HDR/生成”，在提示框中點擊“加載不同曝光的照片”前面圓圈，再點擊“瀏覽”即可在存放拍攝源文件文件夾中選擇需要進行處理的源文件;2)點擊“確定”后再點擊“對準源圖像”前圓圈，并根據源文件情況決定是否需要選擇其他選項;3)點擊“確定”后，軟件自動生成HDR文件。4)點擊“HDR/色調映射”，并選擇進行色調映射的方法(“細節(jié)增強器”/“色調壓縮器”)，并根據需要，參照直方圖來調整相關參數設置;5)點擊“應用”，生成HDR輸出文件。

色調映射是決定HDR影像最終效果的關鍵步驟，對呈現(xiàn)HDR圖像的高光和暗部的細節(jié)至關重要。在現(xiàn)場攝影中，為了真實再現(xiàn)被拍景物，在進行色調映射時，［建議選擇色調壓縮控制器］進行調整，或者在［細節(jié)增強器］里將強度設置較低 (≤20)時影像效果為佳。

三、現(xiàn)場攝影中的實際運用

在現(xiàn)場攝影中，HDR技術主要運用于現(xiàn)場方位攝影和現(xiàn)場概貌攝影中。在拍攝現(xiàn)場方位照片和現(xiàn)場概貌照片時，經常會遇到拍攝范圍內的景物亮度差異非常大，超出了感光材料能夠記錄的最大動態(tài)范圍。此時，無論以什么景物亮度作為曝光依據都必然損失一部分景物的細節(jié)特征，特別是在拍攝概貌照片時，如果某些細節(jié)在照片上得不到準確地再現(xiàn)，將會嚴重影響現(xiàn)場照片的表現(xiàn)力，無法客觀、準確地記錄現(xiàn)場的真實信息。在數字影像技術在刑事攝影中普遍應用的今天，在現(xiàn)場攝影中運用HDR技術，可以進一步提高現(xiàn)場照片再現(xiàn)犯罪現(xiàn)場的作用。

(一)HDR技術在現(xiàn)場方位攝影中運用

現(xiàn)場方位攝影是以整個現(xiàn)場和現(xiàn)場周圍環(huán)境為拍攝對象，反映犯罪現(xiàn)場所處地理位置以及周圍環(huán)境情況的專門攝影?，F(xiàn)場方位照片除反映出犯罪現(xiàn)場處于什么位置，還要反映犯罪現(xiàn)場周圍的環(huán)境特點，用以表達犯罪現(xiàn)場外部狀況。但受到拍攝時的天氣、現(xiàn)場具體環(huán)境特點等因素的影響，現(xiàn)場光線明暗差異非常大，由于現(xiàn)場方位照片取景范圍較大，一般難以對拍攝范圍的景物進行補光，因此很多時候拍攝出來的現(xiàn)場方位照片效果不夠理想，難以全面反映現(xiàn)場的環(huán)境特點。運用HDR技術可以更好地再現(xiàn)現(xiàn)場環(huán)境特點，表現(xiàn)出更多的細節(jié)層次。(見附圖1－2)

附圖1矩陣測光拍攝的單個影像

附圖2 HDR技術拍攝的影像

(二)HDR技術在現(xiàn)場概貌攝影中運用

現(xiàn)場概貌攝影是以整個現(xiàn)場為拍照內容，反映現(xiàn)場的全貌以及現(xiàn)場內各部分關系的專門攝影。現(xiàn)場概貌照片要全面地反映現(xiàn)場的范圍、內部狀況和痕跡物證的分布情況等。當現(xiàn)場環(huán)境中出現(xiàn)明亮的門窗，強反光物質、高亮度發(fā)光光源等，以及現(xiàn)場內比較雜亂等情況下，現(xiàn)場范圍內亮度差極大，雖然拍攝時可以采用閃光燈等進行補光，但由于閃光燈的有效范圍有限，補光角度的限制，以及可能產生的陰影等會使現(xiàn)場照片無法真實再現(xiàn)現(xiàn)場內部狀況和痕跡物證的分布情況。使用HDR技術可以在不改變現(xiàn)場光線的前提下再現(xiàn)更多的細節(jié)層次，獲得更多的現(xiàn)場信息。(見附圖3－4)

附圖3矩陣測光拍攝的單個影像

附圖4 HDR技術拍攝的影像

(三)HDR技術在現(xiàn)場物證攝影中運用探討

現(xiàn)場物證攝影中一般都需要進行加強反差攝影。對于立體痕跡物證的拍攝，由于需要采用側光配光法產生陰影來表現(xiàn)痕跡的立體效果，而當光比過大的時候就容易產生高光溢出或陰影部分細節(jié)損失現(xiàn)象，在拍攝時為了防止此類現(xiàn)象的發(fā)生，一般采用輔助配光方法，但受現(xiàn)場拍攝條件的限制或物證表面立體形態(tài)復雜的影響，有時很難兼顧到，但運用HDR技術對立體痕跡進行拍攝實驗。可以在表現(xiàn)物證立體感的同時更好地再現(xiàn)立體痕跡的細節(jié)特征。