




回顾我们这个系列的最初目标:介绍HDR技术,也就是High-Dynamic Range,即高动态范围技术。为什么我们需要它?究其原因,是拍摄设备难以容纳所有的明暗细节,其中最明显的特征,就是照片明亮处过曝。

过曝意味着图像色彩信息的全部丢失。拍摄时用一些特殊手段可以弥补一部分,比如先前我们提到的各种HDR技术,本质上还是用欠曝来保留高光信息。但是有没有人想过从更基础的环节去解决过曝的问题呢?
在2015年,几颗来自MIT的智慧头脑提出了“余数相机”这种全新的解决方式

We propose a modulo camera that takes the modulus image of scene radiance. 我们设想了一个余数相机拍摄的场景辐射的模数图像。
大家可能对相机传感器的感光原理不太了解。举一个不太严谨的例子,传感器就像是一块方形广场,像素就像量杯,广场上排满了按方阵整齐排列的杯子

杯子方阵没找到,妹子方阵倒是有
这时,广场开始下雨了,有趣的是,不同位置的雨量完全不同。过了一段时间,雨突然停了。工作人员依次把杯子里的水按刻度读出,最后汇总出一张雨量图。
讲到这大家应该都猜到了吧:这阵“雨”就是一次曝光。而“雨滴”,就是我们所说的光线。这“雨量图”,就是拍摄得到的照片。下雨的总时长是“曝光时间”。而“工作人员”,则是传感器中的模数转换器(ADC)和其他相关电路。
我们很快发现一个问题,杯子的容量是有限的,如果下雨的时间太长了,最后有的杯子装满了,水溢出了,我们不就没办法继续记录雨量了吗?

解决方法也不是没有,最简单的就是换个大杯子,这也是最常规的解决方案:换更大的传感器。或者让雨分几次下,降水少就不至于溢出了。
而余数相机的解决方法是:杯子满了,就倒空重新计数

这样可以让杯子始终保持在可有效记录数值的状态

再举个例子,如果单个像素能接受100单位的进光量
那下列五个像素分别接受 50 70 90 120 210 之后,进行求余操作,最后输出的信号依次为 50 70 90 20 10
相关算法能将接受的信号特殊处理,最后输出符合人类正常认知的不过曝照片。
让我们看看具体的处理流程:

光线信号从镜片进入--快门--曝光开始--传感器--模数转换--数字信号输出--色彩重映射--最终图像
按照这种理念,余数相机的曝光时间将成为所有HDR算法中最短的一种。不需要中断曝光过程,只要一张照片一次拍摄即可。与拍摄一张非HDR照片基本没有区别,但会包含更多的细节。在德姨看来,这是目前最理想的一种HDR解决方案。
余数相机在构想方面已经阐释完毕,不过德姨有个疑问,落实到传感器上,余数相机需要较高的传感器刷新率。如果刷新率过低,靠刷新率重置溢出像素的操作是否与多帧短曝光再合成的HDR+没有区别?或者换句话说,HDR+是否是继承余数相机理念的普及型选项?
关于具体算法德姨不是没看过,拉来谷歌翻译坑了一遍完整版的余数相机论文,发现还!是!看!不!懂!内部处理的细节。。所以德姨把MIT edu的网址贴下面,有兴趣的读者可以访问并下载相关论文
http://web.media.mit.edu/~hangzhao/modulo.html
(全文完)
(全系列完)
感谢收看德州仪器中国专栏
由于时间的仓促和个人功底的浅薄,本文难免有不当或遗漏,请大家指出,up主不胜感激(=^v^=)
