动态范围
一、什么是动态范围
动态范围（Dynamic Range，简称DR） 对于图像信号来说，指可变化信号最大值与最小值的比值；用于描述成像设备能同时记录真实场景的最暗区域到最亮区域的最大亮度范围，常用分贝（dB)、曝光数值（EV）或 ”档“（f-stops) 为单位计量。
观察下图左右两部分，您更偏爱哪一侧的视觉效果？多数人或许会倾向于左半部分。 为何呢？左半部分画面明亮且层次饱满，雪山的纹理、草地的色彩、水面的倒影都清晰细腻；右半部分则显得灰蒙蒙，细节与质感的呈现远不及左侧。这背后的核心原因是动态范围的差异—— 动态范围越大，画面的对比度越高，明暗层次与色彩细节也就越丰富，视觉体验自然更出色。
高动态范围（High Dynamic Range，简称HDR）是通过拓展亮度范围，解决图像高光过曝、阴影欠曝问题，实现场景明暗细节同时保留的技术，可大幅提升画面对比度与真实感。当场景光线差异显著时，动态范围不足要么场景光线太亮导致曝光过度，要么场景光线太暗导致曝光不足，从而导致图像丢失细节；而 HDR 技术能有效避免这一问题，还原更丰富的视觉层次。
高动态范围（HDR）成像可通过多种技术要素的组合实现：
- HDR技术：通过高灵敏度传感器（牺牲分辨率换光线捕捉）、时域多帧（不支持运动场景）、大小像素HDR（可能产生色伪影）等HDR成像技术拓展亮度捕捉范围；
- 高质量光学组件：镜头元件、镜筒和相机机身添加抗反射涂层，或使用遮光罩减少杂散光干扰；
- 图像编码：以高位深（≥16 位）、压扩技术为基础，结合 HDR10/Dolby Vision/HLG 等格式实现亮度信息的高效存储与传输；
- 显示 / 打印：依赖 HDR 显示器和专用 HDR 透明片，完成宽动态范围内容的最终呈现。
二、影响动态范围测试的因素
与成像系统动态范围(DR)的测量准确性强相关有以下三个因素：
1.杂散光对动态范围测量影响占主导地位。杂散光会影响整个图像的动态范围测量（见下图）。杂散光是镜头元件间反射产生的杂光，会 “淹没” 暗区细节，导致相机系统 DR 远低于传感器标称值（如：传感器可达 150dB，实际相机仅 70-90dB）；杂散光也有可能被误判为测试图信号，导致 DR 测量值虚高（如：部分低质相机甚至测出 148dB 的虚假值）。
2.测试图卡的设计决定了造成眩光在明亮区域的大小。明亮区域越大，眩光越大，测量的动态范围数据越低，这意味着不可能有一个适合所有条件的完美测试卡。
3.曝光对动态范围（DR）测量也有关键影响。过曝会因饱和色块的眩光扩散导致暗块发灰，破坏 DR 测量准确性，因此需控制 “良好曝光”（饱和色块≤1-2 个）。
4.反射也对DR测量有严重影响，建议用黑色天鹅绒盖住相机附近的所有可能反射的物品，镜头除外。
三、测试设备
在动态范围测试中，可于实验室通过标准光源搭建规范环境，拍摄动态范围专用测试图卡，经图像质量分析软件分析后，以动态范围（DR）为客观指标，评估成像系统的动态范围表现。
常见动态范围测试图卡：
透射式测试图卡：
透射式36灰阶测试图卡（可达150dB)、透射式20灰阶测试图卡(可达120dB)等。
与传统图卡不同，图卡中心位置增加偏光片，能有效降低眩光干扰，且多级灰阶特性支持精细亮度分级，可满足更高动态范围测试需求，因此，动态范围测试推荐采用透射式 36 灰阶测试图卡。
反射式测试图卡：
反射式12阶灰阶测试图卡、反射式24阶灰阶测试图卡、Q14灰阶测试图卡等。
但在动态范围测试中，一般不推荐使用反射测试图卡，原因在于反射式图卡受环境光干扰大且其灰阶块数量有限，灰阶密度无法满足更高动态范围的测试需求。
其他设备：
四、测试方法
（以《QC/T 1128-2019：汽车用摄像头》标准测试方法为例讲解测试流程）
1.环境搭建：
在暗环境下，将透射式36灰阶测试图卡插入透射灯箱，调节透射灯箱光源亮度，需确保输出的OECF图卡的18%灰块区域的G值在110-130之间（推荐为118），背光亮度均匀性不小于90%；光源色温这里以5000K 为例；
注意事项：在拍摄时要小心避免杂散光和反射，建议用黑色绒布盖住相机附近的所有可能反射的物品。
2.样张采集：
使用夹具固定模组，根据模组焦距选择合适的拍摄距离，使用图像采集卡以及采图软件采集测试样张；
3.RIQA分析：
(1) 打开RIQA软件，选择灰阶模块中的OECF 36-Patch，左下角选择对应的图卡类型，点击“修改参考值文件”导入对应拍摄图卡的灰度参考值文件。
(2) 点击“+添加”按钮导入要检测的图片，点击“开始”按钮开始检测。
(3) 软件中间区域出现“选择分析区域”，会出现默认的ROI区域。可使用“图像增强”功能辅助调整ROI区域。调整好ROI区域后点击“下一步”按钮。
(4) 拖动红色小方块可微调ROI区域，保证检测区域正确。若有同组图片需要检测可点击“保存布局”保存调整后的ROI布局。ROI区域调整完成后点击“分析”进行检测。
(5) 软件中间区域图为DR等曲线。下方是图片的的检测结果，“1(LOW)”和“ISO动态范围（dB）”对应的是不同算法的动态范围检测结果。右击右上角图片可查看ROI区域的命名顺序。点击“生成报告”按钮。
(6) 跳转生成报告界面，需要选择输出文件的格式，输入文件名和文件保存地址，点击“导出”按钮。报告成功生成后提示报告生成成功。
4.结果解读：
读取SNR=1时对应的DR值。
依据《QC/T 1128-2019：汽车用摄像头》标准：SD 产品动态范围应不小于 60dB，HD 产品应不小于 85dB，可通过实际测试结果判定相机的动态范围性能是否达标。
为什么读取SNR=1的DR值？
因SNR=1是信号与噪声临界可分的物理下限（再低无有效信号），对应相机“亮区（未饱和）-暗区（临界信号）”的最大亮度跨度，即理论极限DR；而SNR=2/4/10的DR值（对应中/中高/高画质），核心是筛选出信号能有效压制噪声的区域——更高SNR对信号纯净度要求更高，需舍弃低信噪比暗区，导致暗区下限上移。由于亮区上限固定，亮度跨度随之缩小，无法反映相机物理层面的最大亮度覆盖极限。
基于斜率的 DR 与基于 SNR 的 DR 的区别
在动态范围指标分析中，部分图像质量分析软件会同时输出这两项数值，二者核心差异如下：
1.基于斜率的DR：仅判断密度曲线斜率是否在有效范围（反映信号响应线性度），不考量噪声，易出现虚假高值。仅适用于无色调映射、低杂散光的理想实验室环境，无实际应用参考价值，不推荐单独使用。
2.基于SNR的DR：以信噪比达标为核心（确保信号压制噪声），且要求像素未饱和，贴合实际图像可辨识度，可靠性更高。适用于实际相机系统测量，能反映不同场景亮度下的图像质量，是行业主流参考指标。
