郝新華

(廣東警官學(xué)院 刑事技術(shù)系，廣東 廣州 510232)

HDR是英文High－Dynamic Range的縮寫，即高動(dòng)態(tài)范圍。在圖像處理、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和攝影等領(lǐng)域，運(yùn)用高動(dòng)態(tài)范圍影像技術(shù)能夠比通常的數(shù)字成像技術(shù)或攝影方法獲得更大的動(dòng)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(xì)節(jié)。HDR影像是使用相關(guān)軟件將多張不同曝光量的源文件進(jìn)行影像融合，最終得到一幅同時(shí)兼顧高光和暗部細(xì)節(jié)層次的照片。在實(shí)際拍攝過程中，我們經(jīng)常會(huì)遇到被拍景物光比過大的情況。此時(shí)曝光量的確定很難同時(shí)兼顧高光和暗部的細(xì)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(shí)兼顧高光和暗部的細(xì)節(jié)層次，一般使用中灰漸變鏡或采用技術(shù)更復(fù)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(shù)字成像技術(shù)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(dòng)態(tài)范圍時(shí)也無法同時(shí)兼顧高光和暗部的細(xì)節(jié)層次。HDR技術(shù)的成熟和后期處理技術(shù)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(shù)要求

HDR影像的特點(diǎn)決定了進(jìn)行HDR攝影時(shí)，同一組中每一個(gè)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(xì)節(jié)，曝光過度的影像反映暗部細(xì)節(jié)，準(zhǔn)確曝光的影像記錄中間層次特征，因此，每一個(gè)源文件的拍攝都會(huì)對HDR影像合成的成敗和影像質(zhì)量的高低產(chǎn)生較大的影響。

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

(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(dòng)包圍曝光功能的相機(jī)，在光圈優(yōu)先模式下進(jìn)行連續(xù)拍攝。如果相機(jī)沒有該項(xiàng)功能，可使用手動(dòng)曝光模式通過改變曝光時(shí)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(bǔ)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(jìn)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(jìn)行拍攝則會(huì)導(dǎo)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(shí)，同一組所有源文件除曝光量 (嚴(yán)格來講，應(yīng)該是曝光時(shí)間)不同外，其他拍攝條件，譬如拍攝范圍、光圈、對焦點(diǎn)、感光度、白平衡等必須完全一致，同時(shí)拍攝的內(nèi)容最好是靜止的物體。

(四)同一組源文件的曝光量可以根據(jù)具體拍攝條件及拍攝要求確定。拍攝時(shí)可以使用1EV或2EV等作為步長改變曝光量，也可以根據(jù)實(shí)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(xì)膩平滑。源文件的數(shù)量可以根據(jù)實(shí)際需要選擇。

(五)影像的存儲(chǔ)格式應(yīng)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(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，也可以使用高級的RAW文件轉(zhuǎn)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(shí)用。

(六)在環(huán)境光線較弱需要長時(shí)間曝光條件下拍攝時(shí)，建議采用反光板預(yù)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(shí)震動(dòng)帶來的影響。

二、HDR影像融合技術(shù)方法

進(jìn)行HDR影像融合時(shí)，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(fèi)試用版本。通過筆者的試用，在Photoshop CS中處理HDR比較復(fù)雜，需要較高的技巧，初學(xué)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(shí)可以試試;Photomatix Pro等專門軟件的功能比較專一，菜單設(shè)計(jì)也比較簡單，建議在要求較高時(shí)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(diǎn)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(diǎn)擊加載照片 (多張)，在存放拍攝源文件文件夾中選擇需要進(jìn)行處理的源文件并確定;3)點(diǎn)擊右下角“預(yù)覽”即可在界面中出現(xiàn)處理后的HDR效果預(yù)覽，如果需要調(diào)整效果，可以在左下角的“選項(xiàng)”欄中調(diào)整“高光細(xì)節(jié)”或“暗部細(xì)節(jié)”參數(shù)并進(jìn)行效果預(yù)覽，然后點(diǎn)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(jìn)行適當(dāng)處理，然后另存為一個(gè)文件即可;5)也可在原始界面中點(diǎn)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(jìn)行處理的RAW格式文件，然后再按照以上步驟3和步驟4進(jìn)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(zhuǎn)換成一組JPEG格式。筆者通過實(shí)驗(yàn)，認(rèn)為此方法雖然拍攝時(shí)比較容易，但從RAW文件能夠獲得的動(dòng)態(tài)范圍是有限的，尤其對于有明亮窗戶的室內(nèi)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(diǎn)擊“HDR/生成”，在提示框中點(diǎn)擊“加載不同曝光的照片”前面圓圈，再點(diǎn)擊“瀏覽”即可在存放拍攝源文件文件夾中選擇需要進(jìn)行處理的源文件;2)點(diǎn)擊“確定”后再點(diǎn)擊“對準(zhǔn)源圖像”前圓圈，并根據(jù)源文件情況決定是否需要選擇其他選項(xiàng);3)點(diǎn)擊“確定”后，軟件自動(dòng)生成HDR文件。4)點(diǎn)擊“HDR/色調(diào)映射”，并選擇進(jìn)行色調(diào)映射的方法(“細(xì)節(jié)增強(qiáng)器”/“色調(diào)壓縮器”)，并根據(jù)需要，參照直方圖來調(diào)整相關(guān)參數(shù)設(shè)置;5)點(diǎn)擊“應(yīng)用”，生成HDR輸出文件。

色調(diào)映射是決定HDR影像最終效果的關(guān)鍵步驟，對呈現(xiàn)HDR圖像的高光和暗部的細(xì)節(jié)至關(guān)重要。在現(xiàn)場攝影中，為了真實(shí)再現(xiàn)被拍景物，在進(jìn)行色調(diào)映射時(shí)，［建議選擇色調(diào)壓縮控制器］進(jìn)行調(diào)整，或者在［細(xì)節(jié)增強(qiáng)器］里將強(qiáng)度設(shè)置較低 (≤20)時(shí)影像效果為佳。

三、現(xiàn)場攝影中的實(shí)際運(yùn)用

在現(xiàn)場攝影中，HDR技術(shù)主要運(yùn)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(shí)，經(jīng)常會(huì)遇到拍攝范圍內(nèi)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(dòng)態(tài)范圍。此時(shí)，無論以什么景物亮度作為曝光依據(jù)都必然損失一部分景物的細(xì)節(jié)特征，特別是在拍攝概貌照片時(shí)，如果某些細(xì)節(jié)在照片上得不到準(zhǔn)確地再現(xiàn)，將會(huì)嚴(yán)重影響現(xiàn)場照片的表現(xiàn)力，無法客觀、準(zhǔn)確地記錄現(xiàn)場的真實(shí)信息。在數(shù)字影像技術(shù)在刑事攝影中普遍應(yīng)用的今天，在現(xiàn)場攝影中運(yùn)用HDR技術(shù)，可以進(jìn)一步提高現(xiàn)場照片再現(xiàn)犯罪現(xiàn)場的作用。

(一)HDR技術(shù)在現(xiàn)場方位攝影中運(yùn)用

現(xiàn)場方位攝影是以整個(gè)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(diǎn)，用以表達(dá)犯罪現(xiàn)場外部狀況。但受到拍攝時(shí)的天氣、現(xiàn)場具體環(huán)境特點(diǎn)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(jìn)行補(bǔ)光，因此很多時(shí)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(diǎn)。運(yùn)用HDR技術(shù)可以更好地再現(xiàn)現(xiàn)場環(huán)境特點(diǎn)，表現(xiàn)出更多的細(xì)節(jié)層次。(見附圖1－2)

附圖1矩陣測光拍攝的單個(gè)影像

附圖2 HDR技術(shù)拍攝的影像

(二)HDR技術(shù)在現(xiàn)場概貌攝影中運(yùn)用

現(xiàn)場概貌攝影是以整個(gè)現(xiàn)場為拍照內(nèi)容，反映現(xiàn)場的全貌以及現(xiàn)場內(nèi)各部分關(guān)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(nèi)部狀況和痕跡物證的分布情況等。當(dāng)現(xiàn)場環(huán)境中出現(xiàn)明亮的門窗，強(qiáng)反光物質(zhì)、高亮度發(fā)光光源等，以及現(xiàn)場內(nèi)比較雜亂等情況下，現(xiàn)場范圍內(nèi)亮度差極大，雖然拍攝時(shí)可以采用閃光燈等進(jìn)行補(bǔ)光，但由于閃光燈的有效范圍有限，補(bǔ)光角度的限制，以及可能產(chǎn)生的陰影等會(huì)使現(xiàn)場照片無法真實(shí)再現(xiàn)現(xiàn)場內(nèi)部狀況和痕跡物證的分布情況。使用HDR技術(shù)可以在不改變現(xiàn)場光線的前提下再現(xiàn)更多的細(xì)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(gè)影像

附圖4 HDR技術(shù)拍攝的影像

(三)HDR技術(shù)在現(xiàn)場物證攝影中運(yùn)用探討

現(xiàn)場物證攝影中一般都需要進(jìn)行加強(qiáng)反差攝影。對于立體痕跡物證的拍攝，由于需要采用側(cè)光配光法產(chǎn)生陰影來表現(xiàn)痕跡的立體效果，而當(dāng)光比過大的時(shí)候就容易產(chǎn)生高光溢出或陰影部分細(xì)節(jié)損失現(xiàn)象，在拍攝時(shí)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(fù)雜的影響，有時(shí)很難兼顧到，但運(yùn)用HDR技術(shù)對立體痕跡進(jìn)行拍攝實(shí)驗(yàn)?？梢栽诒憩F(xiàn)物證立體感的同時(shí)更好地再現(xiàn)立體痕跡的細(xì)節(jié)特征。