2024年3月27日发(作者：)
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短视频HDR调色画面色彩控制技术
谢 强
（枣阳市融媒体中心，湖北 枣阳 441200）
摘 要：本文将针对在短视频后期制作中HDR调色技术这一环节的控制问题进行研究。首先根据在短视频制作后期中HDR
画面调色技术在控制中存在的问题为基础进行系统分析，并根据画面色彩控制情况提供改善方法。通过图像像素的映射关系
计算HDR图像信息，进而完成HDR画面控制中图像的合成；其次通过调节画面色彩的方式，对HDR画面中的图像打消
进行等比缩放；最终对整体画面的亮度及色彩的修整，进而确保视频中图像更清晰地呈现在观众视野中。
关键词：短视频；视频图像；HDR色彩控制；控制技术 中图分类号：TP391.41 文献标识码：A
文章编号：1671-0134（2022）05-129-04 DOI：10.19483/.11-4653/n.2022.05.040
本文著录格式：谢强.短视频HDR调色画面色彩控制技术[J].中国传媒科技，2022（05）：129-132.
导语
人类的肉眼对空间中的亮光识别相对敏感，尤其在
夜间。但在计算机系统中图像处理的DHR动态范围不会
超过百分百，并且对于普通的摄像机来说，识别能力与
人眼相比较弱，更容易在拍摄的过程中出现画面曝光率
过高的现象。视频后期制作中需要结合HDR动态光照进
行效果渲染，为实际情况下拍摄的画面进行细节化处理。
在HDR画面中，可将图像亮度与现场真实的亮度以正比
的原则进行调节，能够更好地表现画面中明暗区域。对
于画面色彩较为丰富的后期制作，将结合RGB通道的合
成进行调整。当下通常采取HDR映射算法完成色彩调和，
但在控制的过程中RGB调色通道会对画面中的相邻色产
生影响，进而对最终成像效果的真实度造成影响。
[1]
本
文将针对以上问题对短视频后期图像处理中的HDR调色
控制技术展开研究。
视频技术概况
HDR为高动态范围图像（High-Dynamic Range），
与普通图像相比可为短视频后期制作中提供更多的动态
范围及画面细节等功能，同时也可根据曝光时间差异中
LDR（Low -Dynamic Range）图像与相对应细节处理过的
图像进行合成，最终能够在HDR图像中更真实地表现其
真实效果。在亮度调整的过程中，物体明暗对比度的亮
度差比值为10：8，肉眼所见范围在10：5左右。电视机、
摄像机等设备的亮度有256种，在拍摄时，可随着曝光
的增多拍几张图像，随着曝光强度的变化导致图像的亮
度也会跟着变亮，与此同时，图像中的暗处细节也会随
之变亮。由此可见，若将拍摄的照片进行融合，那么就
会出现比256更多的数量级情况。多种数量级的图像在
电脑中保存后，显示器的分辨率要求就会增加，一般显
示屏智能显示256个程度的亮度数量级，再以256个数
字对216个数量级信息进行模拟，这也是HDR技术的一
种——色调映射（Tone-Mapping）。
这种技术能够有效
[2]
地将图像展开压缩合成，最终以惊人的效果出现在屏幕
中。
2.短视频后期制作中HDR调色画面色彩控制技术要点
2.1 画面色彩调色原则
在短视频后期处理中应用HDR技术进行色彩调节控
制，一般将技术原理与审美艺术相结合。
[3]
技术原理是
通过对色彩进行调节控制，从而弥补实际场景中镜头拍
摄与现场之间的缺陷，最终达到视频画面质量的相应标
准。但在实际拍摄中难免会受到周边环境、天气、时间
等因素的影响，或在现场的拍摄中镜头顺序与拍摄内容
出现不一致的情况。同时也难免不同机位的拍摄在光线
与色温上出现很大的差异，这给后期短视频剪辑工作造
成沉重的负担，既要考虑画面的流畅性，也要对镜头切
换的处理进行严格处理。对拍摄画面进行色调修改，可
快速处理光线与色彩平衡之间的关系，在调色过程中还
需对视频画面的整体效果进行控制调节，以确保原始图
像中细节处理的真实性
[4]
，通过对局部的亮度、不同层
次的色调采取等比修正的方式，能够有效提升视频画面
的整体效果。
2.2 整体调色控制
在后期整体HDR调色控制中，应采取整体到局部的
顺序进行调整控制。从整体画面中的明暗区域展开调节，
为后期色彩校准稳打下基础。在对整体画面色彩进行调
节控制不仅能够在一定程度中解决画面曝光度，从而达
到稳定色彩平衡的作用，同时也能适度地调整，在色彩
均衡基础上增添画面中的感情色彩。在HDR色彩调整中
可将画面与拍摄者或拍摄主题的感情色彩相结合，在其
原本效果中增加冷暖色调，以此达到色彩情绪的效果。
2.3 局部调色控制
在短视频后期处理中局部调色位于整体调节之后，
指在HDR色彩调整中对整个画面的局部区域进行色彩控
制。在控制前需对色彩变化的规律有一定的认知，才能
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够保障后期色彩调节对短视频整体的内容不造成影响。
在对画面进行局部调整时，需对画面进行规划，利用剪
辑平台中的饱和度、对比度进行曲线调整，完成局部调
色中规划区域的色彩控制工作。
[5]
在当下众多图像修改
平台中大多采取HSL色彩控制开关对图像色调进行调节，
在现场实际拍摄会受局部光线变化的影响
，在色彩调
节控制中应采用更符合画面色感的控制开关，进而对明
暗程度不同的区域进行调节。与此同时，在对画面中的
具体区域进行色彩调控时，可采取多层色彩叠加的方式
完成。通过多种方式对画面中的像素参数展开设置，能
够更有效地完成画面局部色彩调控工作。
3.视频后期制作中 HDR 画面色彩控制操作流程
3.1 HDR 调色画面图像合成
通过现场实验在拍摄实际的图像中可以发现，某些
特殊场合的画面和现场实际的明暗对比图像像素间
[7]
，
具有非线性的映射关系。这种非线性映射关系需要摄像
机满足相应的曲线，这些曲线需要进行设定，对HDR色
调控制很重要。而通过相应的曲线设定，可以为后期画
面成像应用HDR色调控制提供方便，从而完成对画面中
各个像素点在对应通道的辐射值进行调整，这种调节公
式为：
图1 中针对RGB通道中三原色的对照曲线可获取到
现场明暗度的平均数值，但也避免不了场景对比值出现0
的状况。由此可见，在对数值进行精准计算或许无效，
但为了避免以上问题的发生，可选择最精准地偏移数值
进行调节，完成HDR色彩控制映射工作。
此公式作为曲线函数，其中InEi是指色彩调控通道
中的像素点在画面中的辐射数据；Zij是指在短视频中第
j个片段中第i个像素数值；▲tj指第j段视频中画面的
曝光时间。图像在视频中所受的曝光程度不同，导致像
素点在长时或短时的曝光中能够呈现不同的表现效果。
为确保HDR色彩调控在画面中优化局部的像素点，需要
将X视频较长的图像相结合，才能更好计算出像素调节
参考值。因此针对三角型函数，得出辐射照度数值的计
算公式：
此公式能够对短视频画面中的每个像素点计算出相
对应的辐射照度数值，并且能够为HDR图像信息进行深
度完善，有效完成图像的HDR色彩调控工作。
3.2 HDR 调色画面色调映射
目前大部分显示设备的DHR显示范围可达到百分百
的比值，能够通过以上计算公式获取HDR调色工作台，
却无法在摄影设备的显示屏中显示出。需要根据色彩映
射的条件对HDR色彩调控范围展开等比压缩，使画面能
够与对应的DHR色彩调控显示设备相联系。在压缩画面
的范围时，应对实际场景中的对比度、明暗度、色相等
特点进行修整，对整个画面的色彩映射采取下方公式：
3.3 HDR 调色画面亮度与色彩补偿控制
在HDR色彩调控的实际过程中，对于单个像素及周
围像素的色相造成影响。在实际调控中应及时进行修整，
需按照以下几点要求展开：第一，在视频图像的色度控
制完成后依旧会存在色彩偏差的问题，并不止画面中一
段或一部分的色彩上，导致当画面出现色彩偏差的现象
时，整段视频的色彩都会受到影响，所以需要从整体出
发进而展开调整。第二，利用视频编辑平台的功能对视
频后期进行画面色彩调整时，需结合中度灰色展开工作，
中度灰色能够有效弥补色彩偏差的问题。第三，在选择
相应的中度灰色时，画面的色彩调控需时刻把握住色彩
的感知。图像中各个像素的色相在发生改变的同时也会
对肉眼识别灰度的感受发生变化
[8]
，所以需利用滴管工
具对画面中颜色的色值进行精准读取，最终完善画面中
像素色彩的修整工作。
技术控制
获取HDR视频的方法主要有如下两种：一种为
HDR传感器，第二种则是将LDR传感器放置在曝光水
平超高的位置，通过公式对曝光图像进行调整最后合成
HDR图像。第二种超曝光水平技术有三种方式。一种是
根据时间的变化，使每一帧动画在捕捉场景中图像时，
使图像的曝光率在每一瞬间都有不同的变化。第二种是
图 1 HDR调色画面RGB三通道响应曲线
[6]
此公式中采取HDR色彩调控的方式对画面的色彩识
别度进行压缩，其中D（E）代指经HDR色彩调控压缩
后画面的灰度数值；Dmax代指灰度最大数值；Dmin代
指灰度最小数值；Emax代指现场实际光照最大值；代指
色差偏移数值。在一般情况中，可通过手动进行调节的
偏移值进行反复验证。所以需要在调控中节省时间才能
降低手动调节产生的误差，同时也需要结合计算公式对
其偏移的误差展开自动控制。HDR色彩调节中RGB通道
曲线的变化由下图1所示。
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指传感器在空间中对光的敏感度受到影响，导致图像中
受光不均匀而影响到画面中像素色彩偏差较大的现象。
第三种则是将光线分割到多个传感器中，使每个传感器
都有相对应的曝光参数。
4.1 时间曝光变化
通过传感器捕捉HDR在曝光变化中的规律是最直接
的方式。虽然在拍摄时受现场光线覆盖范围的限制，但
依然可以通过调整曝光参数对画面效果进行优化，进而
获得整个场景的范围。如图2所示，3张图片的曝光时间
分别为持续曝光帧在1t、2t、3t中不同亮度中的范围，结
合HDR帧对整个场景的明暗范围，这样捕捉到的曝光帧
与相机自动识别后对曝光进行适应化，接着将像素平均
值进行结合成HDR帧。而快速拍照的相机可以满足随着
曝光时间的变化捕捉不同曝光帧数量。例如一台200赫
兹的相机可满足25帧每秒的视频成像，每帧可捕捉到8
种不同曝光度，并能提供140分贝左右的动态范围。
像素可通过bayer平台中颜色模式对色相相邻的像素吸取，
但在亮度级别中容易出现混淆的伪影。
利用掩膜的手段能够有效地获取HDR图像范围中
可拾取到的多种光密像素，如图3能够获取85分贝的像
素范围。为降低空间曝光率也可采取另一种方式，一种
由多个光敏元件组成的传感器像素，这种方式能够提升
HDR模式的动态范围。
4.3 分束器与多传感器
分束器能够将来自镜头的光源传播到众多成像感应
器中，进而可以获得视频中每一帧的曝光图像，然后结
合曝光融合技术获取清晰度更高的HDR视频画面。从理
论上看来此方法可以捕获到有质感，且没有明显运动帧
的晃动图像。但在现场的实际拍摄中，是否能够有效录
制到分辨率高的动态图像取决于传感器数量，为了扩宽
活动范围需要更多的资金支持。除此之外，传感器在分
割光束中灵敏度比普通传感器更优秀。一方面，单帧的
DHR视频生成技术与多帧HDR视频生成技术相比，单
帧的计算过程比多帧HDR视频计算更容易，从细节捕捉
方面看来，多帧的曝光捕获范围更为广泛。单帧技术生
成图像质量落后于多帧技术，而多帧技术在活动拍摄时
容易出现伪影现象，导致后期生成HDR图像质量效果偏
弱。另一方面，两种技术在拍摄时容易出现闪烁，单帧
技术在拍摄中未对每一个画面的亮度和时间产生进行严
格控制，导致每一帧画面之间的画面曝光差距甚远。
4.4 颜色校正
图 2 3种时间变化下的曝光与HDR融合帧
通过上述技术不仅改善了成像的曝光率，也获取了
更丰富的RGB色彩空间，在一定程度上减少了图像过度
饱和的现象发生，为获取更有表现力的色彩，将采取颜
色矫正函数：
4.2 空间曝光变化
空间曝光往往通过多像素的密度掩膜来实现。Nayar
与Mitsunaga提出4种曝光模式下的掩膜，如图3所示，
以标准图像传感器对同一画面进行单次曝光，按从左至右
的顺序进行捕捉，最后通过掩膜捕捉图像。对每个像素的
明暗光线采取不同标准的掩膜，直接放置在传感器成像元
件间的透镜中，从图3可确定未通过掩膜捕获的图像在整
个场景中也只会捕获到部分范围，而经过掩膜成像的画面
能够在聚合或插值中获取完整的范围成像。聚合措施是从
图像中的局部范围展开调节，对局部区域的光感进行大范
围光度捕捉，所以成像中会出现多个区域的曝光，进而经
过多个曝光融合技术生成HDR像素，但对于图像的清晰
度不可保证，因此，为了保证维持原始的分辨率，HDR
公式中CHDR是指代指图像通过RGB颜色空间的
色彩通道进行矫正后得到的数值；CLDR代指原成像在
RGB色彩范围中颜色通道的数值；S代指原图的亮度；
s'指图像亮度提升后的合成亮度；a在实验中参数设置为
1.25。在色彩函数纠正中a数值的变化生成HDR图像由
图4所示。
通过函数计算中a的取值不同，画面呈现的曝光率也
会随之变化，在图4中，可从第二拍照片中红色苹果的变
化观察a的取值，当a＞1时，曝光率随着a增加，进而
导致画面中的局部细节成像高亮，同时画面中的色彩对比
度也随着曝光等比增值，此时a的数值被设置为1.25。
在图5中，则从原图的色彩基础层次中进行叠加。（a）
表示图像输入；（b）表示系数为0.5时的效果图；（c）
表示系数为1.5时的效果图 ；（d）表示系数为3时的效
果图；（e）为不同程度呈现的效果图。
图 3 Nayar和Mitsunaga提出的掩膜
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结语
总而言之，文章对短视频后期剪辑制作工作中HDR
色彩调节控制方面进行了研究，并在传统控制技术的基
础上革新，通过论证、创新与技术升级，证明技术具有
较高的可行性，在视频画面的清晰度中得到了质的提升，
同时也带给观众更舒适的体验感。为视频后期制作中
HDR色彩调节控制技术提供了有效的参考数据。
参考文献
[1]李霆.浅析4K HDR技术的实现方法——以广东卫视
（a） （b） （c） （d） （e）
图4
2019春晚为例[J].技术与市场，2020（1）：84-86.
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[7]谢斌. 基于特征保持的彩色图像增强研究[D].深圳：深
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[8]邵筱棠，张丁心，张永生. 数字影像制作的技术与艺术
[M].南京：南京大学出版社：“企业新闻与传播”系列教材，
2018（12）：178.
（a） （b） （c） （d） （e）
图5
作者简介：谢强（1982-），男，湖北枣阳，本科，枣
阳市融媒体中心副总编辑，研究方向：广播电视工程。
（责任编辑：张晓婧）
此图中通过颜色通道进行矫正的系数，对HDR进行
输出的效果图。图中a列为原图，b列为矫正系数为1的
效果图，c列为纠正系数为1.25的效果图，d列为纠正系
数为1.5的效果图，e列为纠正系数为2的效果图。
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