构建像人眼一样具有高动态范围的传感器背后的技术困难是什么？

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为什么我们还没有在图片的每个部分都具有正确显示的高动态范围传感器？

hdr dynamic-range

— 安德烈亚斯·哈特曼
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实际上，在回答之后，我看到这里已经讨论过了。如果这不能满足您的所有要求，请考虑使用更多详细信息扩展您的问题。

— mivilar 2014年

BlackMagic（全高清视频）摄像机的EV为14，现代专业摄像机（4K）的EV为18。所以我们确实有这些传感器……

— TFuto 2014年

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无论是即时还是整体，已经有比人眼更大的DR相机。人眼的动态范围没有大多数人认为的那么大。我记得它大约在12到16辆EV左右，正好相当于现代数码单反相机的水平。

主要区别在于我们拥有极其自然的光圈控制，可以针对图像的不同部分进行调整。有效地，我们的大脑会自动为我们进行图像堆叠。当我们看着场景的明亮部分时，我们的瞳孔缩小了，我们看到了明亮部分的细节。如果我们将注意力转移到较暗的部分，我们的学生会迅速张开，我们会看到较暗部分的细节。我们的大脑知道前一部分的外观，因此我们没有注意到周围视觉的变化，但是实际上我们看不到没有更多细节的地方。

同样，即使是在整个人类视觉范围内，也有专门的相机可能比我们更暗，并且仍然可以看到，尤其是色彩，由于它们需要非常高质量的材料和结构，对于普通大众来说，它们目前太昂贵了，无法生产。使本底噪声超低。还有一些传感器能够看到非常明亮的物体，这些物体会让人感到痛苦。

— AJ亨德森
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AJ，DSLR与眼睛的动态范围不同。DSLR的14的幂为2，人眼的14的幂为10

— Romeo Ninov

@RomeoNinov-不用于即时灾难恢复，仅用于显示。您有要求的来源吗？我的来源是这里的“F我们，而不是考虑我们的眼睛的瞬时动态范围（其中我们的瞳孔开度不变），则相机票价要好得多。这将是类似于一个场景内的看一个区域，让我们的眼睛的调节，以及在那种情况下，大多数人估计我们的眼睛可以看到10-14个动态范围的光圈。”

— AJ Henderson

@RomeoNinov- 更好的资源。因此值得指出的是，在相机性能较差的地方，我们的眼睛会更好，但是在相机性能较差的地方，我们的眼睛会更糟。在阴影中，我们有20辆EV，而相机的EV却减少了。在亮度方面，我们大约有10辆EV，而相机则有完整的12到14辆EV。10 ^ 14是眼睛调整后可以看到的总范围，而不是我们一次看到的总范围。在这方面，相机也不限于2 ^ 14。

— AJ Henderson

是的，相机仅限于原始图像的位深度。您无法从图像中获得更多位或更多信息。我同意大脑“看到”的图像不仅来自眼睛的一个快照，而且我们使用两只眼睛，这为大脑中的图像添加了很多附加信息。在第二条评论中提到的资源中，您会看到以10的幂显示的动态眼动范围，这只能证实我的话。即使DR只有12 EV，也只有10 ^ 12等于百万，而2 ^ 14

— 等于

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但是，即使是在任何时候都严格限制为六级DR的传感器，也可以通过更改Tv和Av来测量连续帧中从非常暗到非常亮的值的细节！就光圈而言，这是眼/脑系统的功能。

— Michael C

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眼见为实

一个大问题是，用眼睛注视与捕获图像非常不同-图像需要包含查找者可能注视的所有信息，但是正常视力是一个活跃的过程，涉及到眼睛的运动，瞳孔的重新聚焦和散瞳。到我们正在寻找的对象。因此，如果要捕获“眼睛看到的东西”，则本质上需要捕获眼睛可能使用的所有设置的视点。

您的问题是关于动态范围，但是在视觉细节和焦点上也会出现相同的问题。“等效于生命”的图像需要比您的眼睛实际捕获的像素多得多的像素，这是因为眼睛的分辨率非常不相等，并且当您在视网膜中间的高分辨率区域仅观察一个小点时，图像就需要因为您会移动眼睛，所以可以获得更多详细信息。电影需要选择单一焦点，而人类可以通过快速重新聚焦眼睛和/或移动它们以在不同的预期范围内获得适当的双目视觉（例如，看着窗户表面或透过它来观看）来更深入地查看“单个图像” ）等

解决方案的一部分就是-快速使用单个摄像机多次（或多个摄像机）以不同的设置捕获各种图像，然后将它们合并，HDR是最明显的例子-正如我们的眼睛一样，它看起来很活跃在不同的地方具有不同的“设置”，只有在此之后，您的大脑才能将所有这些融合成一张连续的图片或电影。我们的眼睛所拍摄的实际“图像”已经比好的相机差，只是它们的心理组合很好。

— 彼得是
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+1表示您对电影的关注点。这也与许多人在观看3D电影时头痛的主要原因之一有关。眼睛必须在物理上聚焦在屏幕上，但是立体图像会欺骗大脑，使您认为屏幕的某些部分比实际位置更近或更远，当您尝试直接看它们时会引起眼睛疲劳。工作室试图通过在左右图像中的同一位置显示场景的焦点来最大程度地减少这种情况。因此，如果您想查看背景细节，请不要忘记布洛芬！

— bcrist 2014年

观看是一个活跃的过程，这是真正优秀的艺术家可以制作出比简单照片更好看的绘画的原因之一。一张简单的照片将以相同的视点，焦点，曝光和白平衡特性捕获场景中的所有内容，而实际上正在观看场景的人的眼睛可能会因为他们看着不同的部分而不断调整。与照相机不同，画家可以产生图像，场景的每个部分看起来就像是实际在那个位置的人看着它一样。

— 超级猫

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您的心理形象不仅是视网膜的产物，而且是与视觉相关的所有其他组件（包括瞳孔，当然还有您的大脑）相互作用的产物。在您看来，“一张照片”实际上是高速调整和信息处理的结果，而不是一个快照。

您可以在此处找到有关此主题的更多信息。

— 米维拉尔
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完全有可能制造出具有对数特性的光传感器-这样的传感器将具有令人难以置信的动态范围，但会牺牲特定曝光的有限分辨率。两者都需要高分辨率ADC。对于CT成像，通常使用24位线性-然后在偏移量调整后获取对数以创建CT图像。

同时执行曝光控制（积分时间-考虑快门速度）的传感器可以做得更好，并且如果允许改变集光效率（认为f值），您将获得更大的灵活性。

最终动态范围通常受读出噪声的限制-当您读取累积的电荷时，会出现一些误差-与电子设备可以支持的最大信号相比。就像我说的那样-24位在医学成像中很常见，比1000万分之一好。对于给定的曝光量，其动态范围要比视网膜高得多。但是它在常规相机中并不常用，因为眼睛无法欣赏到图像中的那些细节-分辨率是以牺牲速度为代价的。

— 弗洛里斯
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