什么是DCG HDR/DGO/Lofic？有什么用？|dcg|hdr|传感器|像素|相机

随着索尼Alpha 7 V的上市，其16档+的图片动态范围超过了不少中画幅相机。而这个实现的原理就是DCG HDR功能，今天我们就来简单讲解一下发展至今的几代HDR技术，它们都是如何实现的。

第一代HDR技术——Staggered HDR

第一种也是相机/手机行业最早实现的功能叫做Staggered，简单讲就是包围曝光+机内合成，这种方式100%会出现运动伪影。为了减轻伪影，OmniVision采用一行像素长曝光一行像素短曝光的方式去实现Staggered WDR，同时索尼也有将长短曝光行进行叠加合成的，称为BME/Interleaved技术，会损失一半的空间分辨率。进一步的还有SME技术，以棋盘格方式进行长短曝光并进行合成，分辨率下降的同时一样有伪影出现。

比如经典的大疆传家宝OV48C就拥有2种Staggered HDR技术和行业首发的DCG HDR模式。实际操作中这块传感器采用的是第一行短曝光第二行长曝光，第二行短曝光第三行长曝光，第三行短曝光第四行长曝光这样的片上行交织进行HDR拍摄。

但Staggered HDR技术本质上就是拍摄两次进行曝光合成，所以动态范围“够用”的相机传感器就懒得在传感器层面去实现其功能。因为只要是稍有技术能力的风光摄影师就能手动拍摄出类似的效果，没有必要为了动态范围去增加拍出残影的可能性。而在视频领域，ZCAM E2有使用这个原理实现的HDR视频功能，还是很有疗效的。

最后总结一下，第一代HDR技术Staggered能够比较大幅度增加动态范围，但需要经历两次曝光，会不可避免的出现残影。

第二代HDR技术——DCG HDR/DGO

无论是DCG HDR还是DGO都基于双原生感光度，它们只是名称不同，索尼称它为Dual Concersion Gain，三星称其为IDCG/Smart ISO-pro，OmniVision也有称它为SCG。

双原生感光度就是设计两个不同幅度的模拟信号放大电路，让传感器有2个原生感光度点，一个低一个高。此时你增加感光度到高转换增益点时，画面噪点数量就会大幅度的降低，然后再逐级增加。当然如果你愿意的话，也可以“三原生感光度”甚至更多，设计难度就会更复杂成本也会更高。目前佳能EOS R1/EOS C80就拥有三原生感光度功能。

在传感器上拥有了两套不同放大电路后，就可以依靠这两套放大电路对一次成像进行两个不同增益值的模数转换，并将两个转换结果进行曝光合成，就成为了一张高动态范围的图像了。

如果你还不能理解的话，就是快门速度和光圈值不变的前提下，ISO100拍一张照片，再ISO800拍一张照片，通过修图软件将这两张照片进行HDR合成。而DCG HDR/DGO功能只需要拍一次就在传感器端完成了所有步骤，无需你去操作。相比于Staggered HDR，DCG HDR/DGO功能妙就妙在只曝光一次即可，所以没有了残影出现的可能性。

但是DCG HDR/DGO的缺点也在于此，因为只曝光一次所以增加的动态范围程度不如Staggered HDR，能在原先基础上增加两档已经是谢天谢地了。但对于本来就动态范围强大的大尺寸相机传感器来说，平白增加两档那真的是非常非常好的技术。

DCG HDR/DGO只能机械快门中使用么？

目前照相机和摄像机领域，拥有这方面技术的产品不多，无论是松下LUMIX S1M2/G9M2/GH7还是索尼Alpha 7 V都是只能在机械快门下才能自动开启DCG HDR功能。而松下LUMIX S1M2/GH7在视频拍摄时如果要开启高动态范围模式的话，就需要牺牲一半帧率且读出速度变慢1.5倍左右。那么电子快门就不能使用DCG HDR/DGO技术么？非也。

手机领域基本都没有机械快门，但它们依然可以使用DCG HDR/DGO技术。不止如此，在最近两年里手机传感器在HDR技术中展开了激烈的军备竞赛。不止是使用DCG HDR，甚至还用上了TCG HDR（单次曝光三原生感光度融合），还在这个基础上叠加使用Staggered HDR，再进行3-4帧的多重曝光融合。

这直接导致了2023年首发OmniVision OV50H的小米14系列宣称动态范围高达13.5EV。几个月后首发索尼LYT-900的OPPO Find X7 Ultra宣称动态范围达到14EV。两个月后荣耀Magic6至臻版首发了OmniVision OV50K，使用Lofic技术将动态范围提高到15EV。至今在动态范围方面的“军备竞赛”依然没有结束的痕迹，华为携手思特威首发国产一英寸传感器，同样使用Lofic技术将动态范围提高到16+EV。

所以DCG HDR/DGO技术不仅可以在电子快门下使用，还可以叠加第一代HDR技术获得更多动态范围。只是相机行业因为传感器足够大所以没有那么大的必要。

第三代HDR技术——Lofic

上文提到了Lofic技术就是目前将会成为第三代的HDR技术，并且还可以与前两代HDR叠加使用。今年这项技术很可能将会在国产手机行业迅速普及开来。

LOFIC即横向溢出积分电容技术，其核心在于为图像传感器中的每个光电二极管配备一个高密度电容。当光线强度过高导致光电二极管产生过多光电子时，超出承载能力的部分将被引导至相邻电容中储存，而非因饱和而流失。这一机制有效避免了强光区域的过曝问题，使传感器能够更完整地记录场景中的高光信息，最终输出的图像在光影还原上更加真实自然，接近人眼所见的实际效果。

DCG HDR/DGO的原理相当于一次曝光读出了两张照片，而LOFIC的原理相当于有一大一小两个水杯在接水。后者设计难度更大，同时要考验芯片设计能力和算法调节，但上限更高。目前来看LOFIC技术已经非常的丧心病狂，实拍中对比度被拉的非常平整，高光被彻底的保护住了，但缺乏了一点影调感。但这就像RAW文件那样，高动态范围我可以不用，但你不能没有。看下来Lofic技术比较大的问题除了图像传感器设计难度大以外，还会影响极限成像清晰度，不过我觉得在小传感器上追求极致分辨率本来就是个伪命题。

还有哪些HDR手段？

在我查资料的过程中，我发现HDR的实现方式在业内有相当多，我们文章里提到的三代HDR技术外还有好多种。我就简单给大家介绍一下目前被提出来的所有HDR方案，当然我也并不是这方面研究者，看着也是有点云里雾里。

Lin-Log模式是让像素具备Log响应曲线，压缩输入信号的动态范围。这个和视频的Log曲线不同，是硬件层面的，曾经有一家叫做NIT的法国公司生产过带这个技术的图像处理器，但没有成为主流。OmniVision除了提出了DCG以外还提出过Split-Diode模式，将像素的光敏区划分称高敏感和低敏感两种。最后就是引入空穴载流子的Complementary Carrier模式，性能与Lofic一样都非常可怕，目前还没有见到过商品化的图像传感器。