人眼亮度感知特性在高動態(tài)范圍影像中的應(yīng)用

石雅婷 顧曉娟

(1.北京電影學院中國電影高新技術(shù)研究院,北京 100088)

(2.北京電影學院影視技術(shù)系,北京 100088)

1 引言

伴隨著生產(chǎn)材料和制作工藝的進步,近年來高動態(tài)范圍(HDR,High Dynamic Range)影像逐漸在電影電視行業(yè)形成一股新的浪潮。高質(zhì)量的影像畫面需要具備五個基本要素,分別是:分辨率(Resolution)、位 深 (Bit Depth)、幀率 (Frame Rate)、色域 (Color Gamut)和亮度 (Brightness),除亮度外,其余四部分均在BT.2020 的4K/8K 標準中做出了相應(yīng)的規(guī)定。相較于傳統(tǒng)的標準動態(tài)范圍 (SDR,Standard Dynamic Range)顯示,HDR 顯示技術(shù)通過提升畫面峰值亮度,控制最低顯示亮度和拓寬色域,實現(xiàn)了更高的動態(tài)范圍和對比度,覆蓋更大的色彩空間,呈現(xiàn)出更豐富的影像內(nèi)容,極大地提升了觀眾的視覺體驗。

數(shù)字圖像的獲取、制作和重現(xiàn)離不開光信號與電信號之間的相互轉(zhuǎn)換。獲取圖像時最理想的情況是記錄無損原生數(shù)據(jù),但受限于存儲位深影響,需要研究人眼對亮度的感知特性,盡可能保留更多的有效亮度信息;使用制作后的數(shù)據(jù)重現(xiàn)畫面時,為了避免出現(xiàn)肉眼可見的亮度階梯,顯示端系統(tǒng)的顯示能力應(yīng)該高于人眼對亮度的感知閾值。由此可見,研究人眼的亮度感知特性對數(shù)字內(nèi)容的制作、傳遞函數(shù)及采樣位深的選取都具有非常重要的指導(dǎo)意義。然而影響人視覺亮度感知的因素有很多,測量條件變化時,影響因子也在變化,人眼對畫面的感知和評價不僅有客觀因素影響,還有主觀心理層面的影響,因此模擬人眼視覺系統(tǒng)的亮度感知是個極其復(fù)雜的過程。

本文對人眼亮度感知模型的研究進行了詳細梳理,簡述了其在當今影視領(lǐng)域的應(yīng)用,并基于高動態(tài)范圍(HDR)顯示技術(shù)逐漸興起的現(xiàn)狀,對人眼亮度感知的相關(guān)研究是否仍然適用做出了討論。

2 人眼亮度感知相關(guān)模型及其在影視中的應(yīng)用

不論電影還是電視,最終的畫面是呈現(xiàn)給觀眾的,視頻畫面質(zhì)量的評價標準歸根結(jié)底就是得到觀眾的認可,人眼的視覺特性及心理因素在其中起到了決定性的作用。人類視覺系統(tǒng) (HVS,Human Visual System)對視頻圖像處理和計算機視覺的研究至關(guān)重要,很多技術(shù)都建立在對視覺感知系統(tǒng)機理和特性的了解上,例如利用人眼色彩分辨率遠低于亮度分辨率的特點,使用色度二次采樣將顏色壓縮進信號里,減少帶寬;利用人眼對畫面暗部的亮度變化更敏感的特性在有限帶寬下更有效地存儲亮度信息;在數(shù)字圖像壓縮中,利用人眼看不到高頻細節(jié)的特點,亮部分配較少位深卻不會造成質(zhì)量明顯的損失等。人類視覺系統(tǒng)有著多種特性:亮度非線性、對比度敏感、空域掩模效應(yīng)和多通道特性等。隨著人們對視覺系統(tǒng)研究的深入,人眼視覺模型也在不斷更新。

2.1 人類視覺系統(tǒng)(HVS)

人類通過視覺獲取的外界信息占所有獲取信息的60%以上,通過人眼從可見光中感知亮度和顏色信息。人眼的視網(wǎng)膜中含有約1.3 億個感光細胞,稱為光感受器。感光細胞又分為視錐細胞 (cones)和視桿細胞(rods)兩種,視錐細胞的數(shù)量大約有600～800萬個,對強光敏感,有顏色感知,光敏度低但視敏度高。視桿細胞大約有1.25億個,對弱光敏感,無顏色感知,光敏度高但視敏度低。研究表明人眼可以感知從3.18×10nit到3×10nit共11個數(shù)量級的亮度,其中10～10nit 是暗視覺(scotopic vision),在這一視覺模式下只有視桿細胞活躍,10～3nit是中間視覺 (mesopic vision),這階段視錐細胞和視桿細胞都很活躍,3～10nit被稱為明視覺 (photopic vision),該模式下僅視錐細胞活躍。

人眼類似于一個光學系統(tǒng),但它不是普通意義上的光學系統(tǒng),還受到心理和神經(jīng)系統(tǒng)的影響,面對同一亮度時,不同的人心理感知量不同,對同一個人來說,從0nit增到5nit和從50nit增到55nit帶來的亮度變化感受也不同,因此研究人眼視覺模型時還需要應(yīng)用到心理物理學實驗的方法。在心理物理學中,建立物理量和感知量的關(guān)系模型主要有韋伯定律和史蒂芬斯冪定律兩種。

圖1 三種視覺模式及對應(yīng)的亮度范圍

2.2 韋伯定律、史蒂芬斯冪定律及其應(yīng)用

韋伯(1834)通過研究觸覺發(fā)現(xiàn),在一定的重量I下,能讓人感知到有重量變化時,增加的最小重量△I與I成正比,比例常數(shù)為K:

這一定律被稱為韋伯定律(Weber’s law),臨界值△I被稱為最小可覺差 (JND,Just noticeable difference),常數(shù)K 被稱為韋伯比 (Weber ratio)。對于不同的感官刺激,韋伯比K 不同。將式 (1)左右同時積分即可得到:

其中K是常數(shù)。圖2是人眼的亮度感知特性曲線,橫坐標是亮度I,縱坐標表示感知量S,函數(shù)關(guān)系符合式(2),由圖可以看出,在暗部和亮部同樣的亮度變化帶來的感覺差異是不同的。當亮度降低時,可感知到亮度變化的最小可覺差減小,人眼對亮度變化越敏感。

圖2 人眼的亮度感知特性曲線

值得注意的是,在消色差感知的實驗中,韋伯定律僅在中間亮度范圍有效,在非常暗或非常亮的刺激下,韋伯比均偏離理論值。實際上人眼在場景亮度為1nit以下或1000nit以上時,感知亮度反差的靈敏度會變小,如果考慮到極端情況,史蒂芬斯冪定律的模型會更適用。

史蒂芬斯 (1961)總結(jié)了史蒂芬斯冪定律:人類感知在很大范圍內(nèi)是符合冪定律的。在實驗中,實驗人員提供標準刺激和其相對應(yīng)的數(shù)值,受試者說出比較刺激相對于標準刺激的估計值,得出結(jié)論感知量S與物理刺激I之間是冪函數(shù)的關(guān)系:

其中k是比例常數(shù),指數(shù)a是取決于刺激形式的常數(shù),針對不同的物理刺激a值不同。a小于1時,感知量與物理量的關(guān)系與韋伯定律結(jié)論相似,a大于1時,感知量與物理量的關(guān)系與韋伯定律相反。與史蒂芬斯冪定律可以歸屬為一類的還有De Vries-Rose模型,這一模型單獨考慮暗光處,亮度平方根均勻增加,感知均勻增加。

因此在常見的1nit～1000nit以內(nèi),韋伯模型模擬得很好,僅考慮暗處 (例如3nit 以下)時,De Vries-Rose模型模擬較好,在極暗和極亮場景下,使用史蒂芬斯冪模型較好。

雖然韋伯定律出現(xiàn)得比史蒂芬斯冪定律早,但最早應(yīng)用在影視領(lǐng)域的是史蒂芬斯冪定律,最主要的原因是當時使用的顯示器的限制。早在模擬視頻時代,模擬攝像機常采用攝像管將被攝景物的光信號轉(zhuǎn)換為與亮度成比例的電脈沖信號,這種光信號與電信號之間的轉(zhuǎn)換是線性的。重現(xiàn)圖像時,CRT(Cathode Ray Tube,陰極射線管)顯示器根據(jù)輸入的電壓信號,利用電子槍發(fā)射電子轟擊熒光層,通過空間混色還原影像畫面。由于CRT 自身的特性,從電壓轉(zhuǎn)換為亮度時是非線性的指數(shù)關(guān)系,表現(xiàn)為:亮度=輸入,此處的γ就是CRT 伽馬。這與人眼的亮度感知特性恰好相反,如果直接將攝像管輸出的電壓信號放大傳送給CRT 顯示器,會造成明顯的非線性失真,畫面整體反差增大,亮度降低。為了補償顯示端的非線性,需要在攝像機里加入編碼伽馬使設(shè)備正確還原圖像,這一過程稱為伽馬校正。伽馬校正可以表示為:

伽馬校正的作用主要體現(xiàn)在:

(1)補償CRT 自身的非線性失真。經(jīng)過CRT伽馬和伽馬校正后的總伽馬就是系統(tǒng)伽馬,理想狀況下系統(tǒng)伽馬等于一。

圖3 伽馬校正

(2)使電壓和亮度呈非線性關(guān)系符合人眼亮度感知特性。由于多數(shù)情況下重現(xiàn)影像的平均亮度和對比度都遠遠低于被攝場景以及原始場景和觀看場景不同等原因,實際應(yīng)用中系統(tǒng)伽馬均大于1,如圖4所示,是一條略微向下彎曲的曲線,例如在全黑環(huán)境中,符合史蒂芬斯冪定律,電影院中系統(tǒng)伽馬為1.5,系統(tǒng)伽馬越大,畫面的對比度飽和度越大。

圖4 大于1的系統(tǒng)伽馬樣例

1990年,柯達公司發(fā)明了膠片掃描系統(tǒng)Cineon System 采用10bit log函數(shù)記錄設(shè)計,log形式編碼這才進入人們視野,隨著大規(guī)模集成電路和半導(dǎo)體存儲技術(shù)的發(fā)展,我們進入數(shù)字時代。獲取數(shù)字圖像時,數(shù)字攝像機大多使用CCD (charge-coupled device,電荷耦合元件)或CMOS (complementary metal oxide semiconductor,互補金屬氧化物半導(dǎo)體)感光元件將光信號轉(zhuǎn)換為電信號,亮度由離散的數(shù)字表示,這種線性轉(zhuǎn)換關(guān)系下相鄰碼值間的亮度變化相同,不符合人眼的亮度感知特性,同時電影攝像機也想要獲得類似膠片的特性和后期調(diào)整方式,根據(jù)韋伯定律的結(jié)論,市面上的數(shù)字攝像機通常會使用對數(shù)函數(shù)作為自己的OETF,表示為:

其中I是輸出編碼,I是傳感器捕獲到的線性圖像,a、b、c、d是實數(shù)值,不同的相機制造商和相機設(shè)置會有不同。如今在不同的攝影機廠家系統(tǒng)內(nèi)可以看到以log函數(shù)為基礎(chǔ)變形的各種OETF,例如SONY 公司的S-Log2:

其中a、b、c、d、e、f及cut在不同曝光指數(shù)(EI)有對應(yīng)數(shù)值。

Canon公司的Clog:

以及Panasonic的V-Log:

各廠家OETF的示意圖見圖5。

圖5 常見的幾種OETF

經(jīng)過非線性編碼后,在暗部區(qū)域就有了更多的碼值范圍表示,更符合人眼在暗環(huán)境下對亮度變化更敏感的特性。

2.3 人眼對比敏感度模型及其在HDR 影像中的應(yīng)用

Campbell和Robson (1968)提出人眼感知對比度變化的能力取決于刺激的空間頻率,由此引申出視覺系統(tǒng)具有多個空間通道,每個通道都有不同的空間頻率,并且可以通過多個空間濾波器進行模擬。每個通道都有獨自的濾波器,通道攜帶的信號由輸入的刺激和對應(yīng)感受器的卷積核得到。因此,描述視覺系統(tǒng)的特征就是找到卷積核,求卷積核的傅立葉變換也就是求人眼的對比敏感度函數(shù) (CSF,Contrast Sensitivity Function)。

Barten (1999)發(fā)表論文指出,CSF 很大程度上取決于亮度 (luminance)、視角 (visual angle)、周圍環(huán)境以及其他的生理因素,例如眼睛的質(zhì)量、瞳孔直徑和感光細胞的靈敏度等,他根據(jù)前人相關(guān)實驗得出的數(shù)據(jù),綜合考慮了所有的影響因素后給出了一個人眼對比敏感度函數(shù)的極其復(fù)雜的數(shù)學模型:

此模型成立的前提是基于人眼對比敏感度主要由視覺系統(tǒng)的內(nèi)部噪聲影響這一假設(shè),因此考慮了很多生理因素影響,例如:M是考慮了眼睛屈光介質(zhì)中的雜散光、視網(wǎng)膜漫射和接收器的離散結(jié)構(gòu)卷積后產(chǎn)生的眼睛光學MTF,E 是視網(wǎng)膜照度,k是眼睛的信噪比等,其中許多參數(shù)都是定值,計算方法在文獻[5]中有詳細說明,此處不再贅述。這一模型可以模擬不同實驗環(huán)境的多種心理物理數(shù)據(jù)。

2003年Barten 又給出了這個模型的簡化版本,后來被廣泛地應(yīng)用于數(shù)字影像領(lǐng)域,現(xiàn)在被稱為Barten CSF:

其中對比敏感度S為因變量,影響因子僅有空間頻率u (cycles/degree)、視角X、亮度L。固定視角X,對于亮度L,取空間頻率u滿足:

即可得到視覺靈敏度函數(shù)S (L)僅關(guān)于亮度L的函數(shù)。

圖6 不同亮度水平下的Barten曲線

2004年Cowan 等人在研究“對比敏感度對位深影響”的研究中將Barten函數(shù)分為Barten Ramp(階梯狀信號)和Barten Flat(方波信號)兩種,通常使用Barten Ramp來評估EOTF,圖7描述了當前亮度下人們開始看到亮度色階的對比度閾值,Barten Ramp曲線以上看不出亮度色階,以下區(qū)域表示可以看到亮度色階。

圖7 10bit伽馬、15bit伽馬與13bitlog編碼對比

為了提升畫面質(zhì)量,我們希望畫面的對比度永遠低于Barten閾值,如果使用伽馬做傳遞函數(shù),采樣位深需要達到15bit,這對消費級別的顯示器來說是很高的要求,并且無法有效利用數(shù)據(jù),畫面中高部亮度范圍的位深都浪費了。13bit的Log編碼圖像雖然也在Barten閾值以下,但分配在暗部的位深遠大于需求量。

2014年杜比實驗室根據(jù)Barten 的人眼視覺特性模型開發(fā)了感知量化 (PQ,Perceptual Quantization)編碼,采用絕對亮度體系,將最高10000nit的亮度按照人眼對亮度的感知特性量化編碼,記錄亮度的絕對值,用絕對亮度再現(xiàn)被攝景物。PQ 將視角控制在40度,選擇每個亮度等級下最敏感的空間頻率點,根據(jù)人眼視覺系統(tǒng)對亮度的感知對比度來最大限度利用編碼空間對數(shù)字信號進行量化,簡單來說,就是在盡量避免出現(xiàn)人眼可察覺的亮度色階(banding)的情況下對數(shù)據(jù)進行量化和編碼。

PQ OETF是PQ EOTF 的逆函數(shù),PQ EOTF的公式如下:

其中N∈ [0,1]表示非線性色彩值,L∈[0,1]表示相應(yīng)的線性色彩值,m、m、c、c、c是常數(shù):

由于PQ EOTF 定義的最大顯示亮度為10000 cd/m,因此相應(yīng)的線性光輸出C=10000*L,C的單位為cd/m。PQ 傳遞函數(shù)最大化了人類視覺亮度的編碼效率,僅使用12位信號就可以覆蓋0.001～10000nit的信號,沒有明顯的帶狀或階梯狀偽影。實際上,盡管Barten在建立數(shù)學模型時使用到了不同亮度等級的多個數(shù)據(jù),但所有數(shù)據(jù)的最大亮度只有500cd/m。因此基于Barten CSF 的PQ 曲 線 并未通過實驗證明大于500 cd/m的數(shù)據(jù)準確性。

除去人類視覺系統(tǒng)內(nèi)部的生理因素影響,外部環(huán)境光同樣會對人眼視覺靈敏度有影響。2003 年Barten引入了環(huán)境光影響CSF的校正因子,校正因子的大小取決于周圍環(huán)境的亮度,并且必須乘以CSF。校正因子的公式如下:

其中L是物體亮度,L是環(huán)境光亮度,X是可視角度,校正因子存在的原因是人眼對周圍環(huán)境有適應(yīng)能力,當周圍環(huán)境的亮度比測試圖案亮度高或低得多,對比敏感度會大大降低,這一因素PQ并未考慮。

除此之外,2015年BBC和NHK 還共同研發(fā)了一種向下兼容SDR 格式的標準:HLG (Hybrid Log Gamma,混合對數(shù)編碼),是一條基于典型亮度感知模型的曲線,被認為是針對電視廣播信號的最佳HDR 技術(shù)。HLG 的OETF公式如下:

其中I是與場景線性光成比例的、根據(jù)攝像機曝光量歸一化的電平值,范圍是 [0,1],a、b、c分別是常數(shù)值,a=0.17883277,b=1-4a=0.28466892,c=0.5-a*ln (4a)=0.55991073。前面討論過在中間和較高亮度時韋伯定律適用,因此I≥1/12部分使用對數(shù)函數(shù),亮度較低時史蒂芬斯冪定律更好,I≤1/12部分采用冪函數(shù),伽馬為0.5。HLG 的EOTF 是HLG OETF 的逆函數(shù)。2016 年Borer 和Cotton 進行了驗證實驗來評估10bit水平條紋上帶狀偽影的可見性,在HDR 顯示器上顯示相鄰區(qū)域變化一個量化水平的測試圖。實驗結(jié)果表明針對這類測試圖,HLG 的性能表現(xiàn)略低于PQ,但在實際正常觀看的畫面中是看不到任何亮度色階(banding)的。

圖8 10bit PQ、12bit PQ 和12bit HLG 對比

3 HDR傳遞函數(shù)分析

隨著制造材料和生產(chǎn)工藝的進步,支持高動態(tài)范圍(HDR)內(nèi)容的顯示技術(shù)已經(jīng)成為了行業(yè)發(fā)展的新趨勢,行業(yè)內(nèi)對相關(guān)HDR 制作提出了一些標準要求。2018年ITU 發(fā)布了ITU-R BT.2100 《用于制作和國際節(jié)目交換的高動態(tài)范圍電視圖像參數(shù)值》,定義了HDR 視頻標準,其中包含了兩個光傳遞函數(shù)Hybrid Log Gamma (HLG)和Perceptual Quantization (PQ)。在電影工業(yè)領(lǐng)域中,DCI對放映顯示端的EOTF 有著明確的標準,SMPTE 于2006年將DCI制定的數(shù)字電影發(fā)行放映母版標準(D-Cinema Distribution Master)采納為SMPTE ST 428 《數(shù)字電影發(fā)行母版》。在SMPTE ST 428-1《數(shù)字電影發(fā)行母版——圖像特征》中規(guī)定,DCDM 的EOTF 為Gamma 2.6 函數(shù),像素為位深12 位,XYZ編碼。隨著顯示設(shè)備顯示能力的提高,DCI 2018年發(fā)布了 《數(shù)字電影直視型顯示設(shè)備補充草案》《數(shù)字電影高動態(tài)范圍補充規(guī)定草案》,前者建議EOTF 為Gamma 2.6 或PQ,后者建議EOTF采用PQ。

PQ 和HLG 都是HDR 顯示器的傳遞函數(shù)標準,目前所有的HDR 設(shè)備都至少支持它們中的一種,且已有PQ 與HLG 相互轉(zhuǎn)換的解決方案,轉(zhuǎn)換后的畫面以相同的亮度顯示是無差異的。PQ 函數(shù)使用絕對亮度再現(xiàn)被攝景物,將10bit/12bit碼值映射到0～10000cd/m,根據(jù)人眼視覺系統(tǒng)對亮度的感知對比度來最大限度地利用編碼空間對數(shù)字信號進行量化,但這并不是最優(yōu)解決方案,因為:

(1)計算CSF所用的測試圖案都是由均勻背景和規(guī)律的光柵合成,這種情況下計算的閾值可能比普通自然圖像要小得多,在普通畫面中,背景和周圍環(huán)境會產(chǎn)生一種叫“對比度掩蔽 (contrast masking)”的現(xiàn)象,使亮度波動的可見性降低。因此對于常規(guī)HDR 內(nèi)容的編碼來說,PQ 可能并沒發(fā)揮出HDR 的所有潛力。觀看常規(guī)畫面時觀眾的對比敏感度可能高于PQ 理論值,其他曲線就能用更少的位深產(chǎn)生相同的畫面質(zhì)量。

(2)考慮到環(huán)境光對人眼亮度感知的影響,Barten給模型增加了一個環(huán)境光的校正因子,若環(huán)境光與測試圖案的平均亮度差異很大時,校正因子會使CSF變小,這一影響因素PQ 并未考慮。值得注意的是,校正因子得出的實驗前提是基于4度視角和較高空間頻率的光柵,這樣的實驗參數(shù)設(shè)計較為嚴苛,與實際應(yīng)用場景出入較大,因此關(guān)于更大視角下的環(huán)境光對人眼對比敏感度影響仍需后續(xù)的進一步研究。

(3)PQ 與HLG 的適用場景不同。開發(fā)PQ 的杜比公司主要專注于電影院,影院中用戶的觀看條件可以很好地控制,例如正常電影的顯示亮度控制為48cd/m,環(huán)境中的光干擾可以盡量保持最低,盡管杜比影院的顯示亮度大約為75～106cd/m,但也低于大多數(shù)電視的觀看亮度。PQ 是一種基于顯示器絕對亮度水平的方法,視頻信號將各個數(shù)字量化編碼轉(zhuǎn)換為絕對亮度值,在峰值亮度有一定標準的電影行業(yè),PQ 的顯示質(zhì)量較高,但將其應(yīng)用在電視系統(tǒng)中時,如果不進行任何調(diào)整,超過電視峰值亮度的部分會被裁減。如圖9所示,我們實際測量了兩款不同的監(jiān)視器,監(jiān)視器1達到180nit左右和監(jiān)視器2達到100nit左右后,碼值繼續(xù)增加,亮度不會再變大(監(jiān)視器2在達到峰值亮度后不穩(wěn)定,呈現(xiàn)出波浪形曲線)。

圖9 10bit下兩款不同監(jiān)視器的PQ 曲線

與電影不同,電視的觀看條件非常多樣,包括屏幕尺寸、屏幕亮度和環(huán)境光等,使得調(diào)整電視的OOTF非常重要。雖然PQ 可以通過調(diào)整元數(shù)據(jù)進行修正,但實際效果仍不如本就更適用于電視系統(tǒng)的HLG。HLG 系統(tǒng)由BBC 和NHK 聯(lián)合開發(fā),這兩個組織專注于電視,會根據(jù)顯示器的峰值亮度改變函數(shù)中的γ (system gamma):

其中L是顯示器峰值亮度。圖10是兩款不同監(jiān)視器的PQ 和HLG 曲線對比,在不同峰值亮度下,PQ 編碼顯示絕對亮度,HLG 編碼顯示相對亮度。HLG OETF 類似于SDR TV 的OETF,并且不依賴于元數(shù)據(jù),不同顯示器之間的圖像一致性更高,每個HLG 系統(tǒng)編碼的HDR 視頻信號都會自動向后兼容SDR 電視,該系統(tǒng)由電視工程師設(shè)計,可以滿足多顯示平臺上電視的特殊要求。

圖10 不同峰值亮度下的PQ 和HLG 曲線對比

(4)12bit Gamma2.6的優(yōu)勢。我們已經(jīng)知道在暗觀影環(huán)境下,12bit的PQ 在允許的編碼范圍內(nèi)都不會出現(xiàn)亮度階梯現(xiàn)象。在不同顯示絕對亮度下,將PQ、HLG 和Gamma2.6相鄰碼值間的對比敏感度與barten曲線作比較發(fā)現(xiàn),當顯示的絕對亮度為200cd/m時,12bit的PQ 和Gamma 2.6都有較好的亮度量化效果,顯示亮度增大到500cd/m時,12bit的Gamma 2.6和HLG 在畫面暗部區(qū)域都可能會出現(xiàn)亮度階梯現(xiàn)象。

4 結(jié)語

本文從人眼視覺系統(tǒng)對亮度感知的心理物理學研究入手,簡要梳理了亮度感知和視覺靈敏度的研究發(fā)展歷程,并分別列舉其在影視領(lǐng)域的應(yīng)用。

人眼亮度感知模型在數(shù)字影像的獲取和制作方面運用已有很多年了,攝像機內(nèi)部的OETF和顯示端EOTF設(shè)計離不開人眼視覺感知曲線的研究。隨著高動態(tài)范圍影像的發(fā)展,主流HDR 格式如Dolby Vision、HDR10、HLG 和HDR10+,使用的傳遞函數(shù)標準不外乎PQ 和HLG 兩種。在電視領(lǐng)域中,觀看環(huán)境較為復(fù)雜,充斥著各種家庭物品的漫反射光,環(huán)境光對人眼的影響不容忽視;在電影行業(yè),伴隨著高技術(shù)格式影像的發(fā)展和畫面質(zhì)量的提升,自發(fā)光顯示設(shè)備的運用,畫面亮度越來越高,暗觀影環(huán)境似乎會與人眼偏好發(fā)生沖突,這也引發(fā)了我們的思考,是否應(yīng)該將環(huán)境光因素考慮進去,對傳遞函數(shù)做出一些相應(yīng)的修改,這都需要進一步討論。筆者相信,隨著HDR 顯示內(nèi)容的發(fā)展,未來影院勢必會在觀影方式和環(huán)境上進行革新,傳遞函數(shù)也勢必需要做出改進。?