Question

我只需要澄清如何正确地将[0,1]范围内的rgb像素值转换为适合像openEXR这样的HDR格式的范围。

所以我知道，例如，当使用像PNG或JPG这样每个通道只有8位的低动态范围格式时，你只需要将每个rgb值乘以2 ^ 8-1 = 255并将其钳制以便所有你的值在[0,255]范围内。

OpenEXR和其他HDR格式使用半精度格式，每个通道16位。所以我只是做与以前相同的事情，并将每个通道乘以2 ^ 16-1 = 65535，以便我的新范围变为[0,65535]？

修改

所以我尝试了上面写的内容但是当我尝试在photoshop中显示openEXR文件时，它完全是白色的。似乎大于10左右的任何值都太亮了，以至于Photoshop无法正常显示，我觉得很奇怪。所以这似乎不是正确的方法，除非photoshops显示有问题。

Answer 1

我们同时处理三个相关但不同的问题。

第一个问题是 range 的问题：通道存储为[0,1]或[0,255]或[0,65535]范围内的值。缩放（乘法和可能的钳位）是您从一个范围转换为另一个范围的方法。

第二个问题是原始样本大小的问题：您使用多少位来存储该值。这不一定必须是范围大小的二进制对数。例如，如果您的范围是[0,255]，则可以将值存储为8位，其中最低有效位表示增量1，或者存储为6位，其中最低有效位表示增量4或10位最低有效位表示0.25的增量。事实上，正如我们将在下一期中看到的那样，增量不必修复。

第三个也是最后一个问题是 encoding ：固定点或浮点。当我们说以8位存储[0,255]的值或以16位存储[0,65535]的值时，我们通常表示整数编码（固定点的特殊情况，其中最低有效位表示固定增量为1 ）。当值存储在[0,1]范围内时，无论原始样本大小如何，通常这意味着浮点存储（其中大多数位用于存储有效位数，而保留一些位用于存储大小的与最低有效位相关联的增量）。当我们谈到＆＃34;半精度＆＃34;，＆＃34;单精度＆＃34;，＆＃34;双精度＆＃34;，＆＃34;扩展精度＆＃34;等等我们也总是指浮点编码。

所以这里有一个问题：OpenEXR使用浮点编码，格式不是大多数编程语言的内置。大多数现代语言只有64位浮点数，如果它们提供其他任何东西，它通常是32位浮点数（在C系列中分别为double和float），但是16位浮点数几乎从来没有开箱即用。

Half precision可以表示[-65505,65504]范围内的值，具有11位（略好于3位小数位数）的精度，同时还能够表示小到2 ^ -14的值。但是，考虑到OpenEXR是HDR格式，您可能不会真正期望使用整个范围，因为选择数字编码以适应（极端）过度曝光或曝光不足。也就是说，除非您的相机实际上产生如此巨大的动态范围值。

因此，您可能实际上不需要扩展频道值。但是，假设您已经从[0,1]中的值开始，您可能会以单精度或双精度存储浮点数，并且您必须将它们转码为半精度。根据您使用的编程语言，库甚至硬件平台，可能有一个现成的解决方案，或者您可能需要对自己的方法进行一些改进。作为起点，我只能为您提供this DuckDuckGo search。

Answer 2

我太累了，不能直接思考，但这可能会帮助你全力以赴。我用ImageMagick创建了三个OpenEXR图像，一个是白色，一个是黑色，一个是红色，都是1像素x 1像素。

convert -size 1x1! xc:white white.exr
convert -size 1x1! xc:black black.exr
convert -size 1x1! xc:red red.exr

然后我把它们全部重写：

xxd white.exr > white.txt
xxd black.exr > black.txt
xxd red.exr > red.txt

以下是文件：

White.txt

0000000: 762f 3101 0200 0000 6368 616e 6e65 6c73  v/1.....channels
0000010: 0063 686c 6973 7400 4900 0000 4100 0100  .chlist.I...A...
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0000040: 4700 0100 0000 0000 0000 0100 0000 0100  G...............
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0000070: 0063 6f6d 7072 6573 7369 6f6e 0001 0000  .compression....
0000080: 0000 6461 7461 5769 6e64 6f77 0062 6f78  ..dataWindow.box
0000090: 3269 0010 0000 0000 0000 0000 0000 0000  2i..............
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00000b0: 6e64 6f77 0062 6f78 3269 0010 0000 0000  ndow.box2i......
00000c0: 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 006c  ...............l
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0000120: 0000 0000 0000 0000 0000 7363 7265 656e  ..........screen
0000130: 5769 6e64 6f77 5769 6474 6800 666c 6f61  WindowWidth.floa
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Black.txt

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Red.txt

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diff white.txt black.txt

22,23c22,23
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> 0000160: 0000 00

Answer 3

简而言之，这可能不会给您带来有用的结果。

比较长的答案是，这种方法做出了一些关于图像处理根本不“安全”的假设。

主要假设是 255 的低动态范围值代表 65535 的 HDR 值。HDR 打算解决的主要问题是现实世界的信号必须压缩到有限的范围。想象一下直接拍摄太阳的数码照片：该光强度的输入值比任何成像软件支持的要大得多，因此必须以某种方式对其进行压缩。使用 LDR，太阳圆盘的中心和它周围的大部分花朵都将被钳制到 255。使用 HDR，您仍然会钳制，但仅限于 65535。如果您有一个真实世界的信号，它给出的值如下200、255、300 和 100,000，然后被限制到 255，你不能简单地将 255 缩放到 65535 并获得合理的结果应该是有道理的。 255 可能是从 256、300 或 100000 中截取的；没有办法知道。（这是对成像的一种彻底的过度简化，但它应该足以理解特别是这个限制）。

第二个假设是，您在显示器上看到的内容与图像中的值有关。图像中 0 - 65535 范围的值必须显示在您的显示器上，这几乎肯定限于 sRGB 光谱 (255)。最有可能的是，如果您只是将 0-255 缩放到 0-65535，那么您范围的 99% 都在 255 以上。因此，无论您的图像中有多少信息，都很容易将其全部剪裁为“白色”。 "

此外，根据 Photoshop（或 GPU 驱动程序或操作系统或显示面板）如何将您的 HDR 65535 转换为 sRGB，它很可能再次被限制为 255，或者可能“愚蠢地”缩放，或者或许可以“巧妙地”缩放，或者它们的任意组合。如果 Photoshop 将您的图像显示为纯白色，则您必须确认该过程中的许多步骤，以确定“谁”特别是在转换您的颜色值以及如何转换。 Photoshop 可能会在发送到操作系统之前进行钳位。操作系统可能会在发送到 GPU 之前进行钳位。当 GPU 发送到显示器时，它可能处于夹紧状态。打开像素时，显示器可能处于钳位状态。 ...或在这些步骤中的任何一步中进行夹紧、缩放和变换的任何组合（我知道，并非所有这些组合实际上都是可能的，但关键是文件和您的眼球之间发生了很多事情）。

将 LDR 值转换为 HDR 色彩空间（反之亦然）是一项不平凡的追求，它本身就是一门学科。根据您的应用，您可能需要进行大量研究，然后才能找到一个好的解决方案。

将[0,1]范围内的RGB值转换为高动态范围（EXR格式）

3 个答案: