什么是DCG HDR/DGO/Lofic？有什么用？

隨著索尼Alpha 7 V的上市，其16檔+的圖片動態范圍超過了不少中畫幅相機。而這個實現的原理就是DCG HDR功能，今天我們就來簡單講解一下發展至今的幾代HDR技術，它們都是如何實現的。

第一代HDR技術——Staggered HDR

第一種也是相機/手機行業最早實現的功能叫做Staggered，簡單講就是包圍曝光+機內合成，這種方式100%會出現運動偽影。為了減輕偽影，OmniVision采用一行像素長曝光一行像素短曝光的方式去實現Staggered WDR，同時索尼也有將長短曝光行進行疊加合成的，稱為BME/Interleaved技術，會損失一半的空間分辨率。進一步的還有SME技術，以棋盤格方式進行長短曝光并進行合成，分辨率下降的同時一樣有偽影出現。

比如經典的大疆傳家寶OV48C就擁有2種Staggered HDR技術和行業首發的DCG HDR模式。實際操作中這塊傳感器采用的是第一行短曝光第二行長曝光，第二行短曝光第三行長曝光，第三行短曝光第四行長曝光這樣的片上行交織進行HDR拍攝。

但Staggered HDR技術本質上就是拍攝兩次進行曝光合成，所以動態范圍“夠用”的相機傳感器就懶得在傳感器層面去實現其功能。因為只要是稍有技術能力的風光攝影師就能手動拍攝出類似的效果，沒有必要為了動態范圍去增加拍出殘影的可能性。而在視頻領域，ZCAM E2有使用這個原理實現的HDR視頻功能，還是很有療效的。

最后總結一下，第一代HDR技術Staggered能夠比較大幅度增加動態范圍，但需要經歷兩次曝光，會不可避免的出現殘影。

第二代HDR技術——DCG HDR/DGO

無論是DCG HDR還是DGO都基于雙原生感光度，它們只是名稱不同，索尼稱它為Dual Concersion Gain，三星稱其為IDCG/Smart ISO-pro，OmniVision也有稱它為SCG。

雙原生感光度就是設計兩個不同幅度的模擬信號放大電路，讓傳感器有2個原生感光度點，一個低一個高。此時你增加感光度到高轉換增益點時，畫面噪點數量就會大幅度的降低，然后再逐級增加。當然如果你愿意的話，也可以“三原生感光度”甚至更多，設計難度就會更復雜成本也會更高。目前佳能EOS R1/EOS C80就擁有三原生感光度功能。

在傳感器上擁有了兩套不同放大電路后，就可以依靠這兩套放大電路對一次成像進行兩個不同增益值的模數轉換，并將兩個轉換結果進行曝光合成，就成為了一張高動態范圍的圖像了。

如果你還不能理解的話，就是快門速度和光圈值不變的前提下，ISO100拍一張照片，再ISO800拍一張照片，通過修圖軟件將這兩張照片進行HDR合成。而DCG HDR/DGO功能只需要拍一次就在傳感器端完成了所有步驟，無需你去操作。相比于Staggered HDR，DCG HDR/DGO功能妙就妙在只曝光一次即可，所以沒有了殘影出現的可能性。

但是DCG HDR/DGO的缺點也在于此，因為只曝光一次所以增加的動態范圍程度不如Staggered HDR，能在原先基礎上增加兩檔已經是謝天謝地了。但對于本來就動態范圍強大的大尺寸相機傳感器來說，平白增加兩檔那真的是非常非常好的技術。

DCG HDR/DGO只能機械快門中使用么？

目前照相機和攝像機領域，擁有這方面技術的產品不多，無論是松下LUMIX S1M2/G9M2/GH7還是索尼Alpha 7 V都是只能在機械快門下才能自動開啟DCG HDR功能。而松下LUMIX S1M2/GH7在視頻拍攝時如果要開啟高動態范圍模式的話，就需要犧牲一半幀率且讀出速度變慢1.5倍左右。那么電子快門就不能使用DCG HDR/DGO技術么？非也。

手機領域基本都沒有機械快門，但它們依然可以使用DCG HDR/DGO技術。不止如此，在最近兩年里手機傳感器在HDR技術中展開了激烈的軍備競賽。不止是使用DCG HDR，甚至還用上了TCG HDR（單次曝光三原生感光度融合），還在這個基礎上疊加使用Staggered HDR，再進行3-4幀的多重曝光融合。

這直接導致了2023年首發OmniVision OV50H的小米14系列宣稱動態范圍高達13.5EV。幾個月后首發索尼LYT-900的OPPO Find X7 Ultra宣稱動態范圍達到14EV。兩個月后榮耀Magic6至臻版首發了OmniVision OV50K，使用Lofic技術將動態范圍提高到15EV。至今在動態范圍方面的“軍備競賽”依然沒有結束的痕跡，華為攜手思特威首發國產一英寸傳感器，同樣使用Lofic技術將動態范圍提高到16+EV。

所以DCG HDR/DGO技術不僅可以在電子快門下使用，還可以疊加第一代HDR技術獲得更多動態范圍。只是相機行業因為傳感器足夠大所以沒有那么大的必要。

第三代HDR技術——Lofic

上文提到了Lofic技術就是目前將會成為第三代的HDR技術，并且還可以與前兩代HDR疊加使用。今年這項技術很可能將會在國產手機行業迅速普及開來。

LOFIC即橫向溢出積分電容技術，其核心在于為圖像傳感器中的每個光電二極管配備一個高密度電容。當光線強度過高導致光電二極管產生過多光電子時，超出承載能力的部分將被引導至相鄰電容中儲存，而非因飽和而流失。這一機制有效避免了強光區域的過曝問題，使傳感器能夠更完整地記錄場景中的高光信息，最終輸出的圖像在光影還原上更加真實自然，接近人眼所見的實際效果。

DCG HDR/DGO的原理相當于一次曝光讀出了兩張照片，而LOFIC的原理相當于有一大一小兩個水杯在接水。后者設計難度更大，同時要考驗芯片設計能力和算法調節，但上限更高。目前來看LOFIC技術已經非常的喪心病狂，實拍中對比度被拉的非常平整，高光被徹底的保護住了，但缺乏了一點影調感。但這就像RAW文件那樣，高動態范圍我可以不用，但你不能沒有。看下來Lofic技術比較大的問題除了圖像傳感器設計難度大以外，還會影響極限成像清晰度，不過我覺得在小傳感器上追求極致分辨率本來就是個偽命題。

還有哪些HDR手段？

在我查資料的過程中，我發現HDR的實現方式在業內有相當多，我們文章里提到的三代HDR技術外還有好多種。我就簡單給大家介紹一下目前被提出來的所有HDR方案，當然我也并不是這方面研究者，看著也是有點云里霧里。

Lin-Log模式是讓像素具備Log響應曲線，壓縮輸入信號的動態范圍。這個和視頻的Log曲線不同，是硬件層面的，曾經有一家叫做NIT的法國公司生產過帶這個技術的圖像處理器，但沒有成為主流。OmniVision除了提出了DCG以外還提出過Split-Diode模式，將像素的光敏區劃分稱高敏感和低敏感兩種。最后就是引入空穴載流子的Complementary Carrier模式，性能與Lofic一樣都非常可怕，目前還沒有見到過商品化的圖像傳感器。

最后做個總結，前兩代HDR技術主要增加的是暗部動態范圍，第三代Lofic技術核心保證高光動態范圍。第二代DCG技術雖然增加動態范圍程度不夠大但副作用幾乎沒有，而其他兩代都有一定副作用。這三代技術有機會疊加使用，效果可以累加，讓“指甲蓋”傳感器得到全畫幅傳感器級別的動態范圍。

以上就是我簡單的一些科普，希望大家能喜歡。