当阳光破开云层，洒向大地时，从昏暗的阴影到光辉四溢的表面，自然界所呈现的色彩和亮度变化是如此丰富而微妙。HDR技术正是受此启发，通过拓宽亮度范围和增加色彩的层次，来重现现实世界的视觉盛宴。简而言之，HDR的精髓不仅在于调整画面的明暗度，更在于能够在极端明暗对比中保留更多细节，让图像显得更为立体和生动。
HDR技术的核心在于其能够记录并展示远超传统SDR的图像信息，包括每个像素点的亮度值。这意味着，在HDR显示下，即使是夜空中最微弱的星光或是正午阳光下最耀眼的反光，都能被精准捕捉并完美呈现。这一成就依赖于HDR图像在存储时对每个像素亮度信息的详细记录，以及在显示设备上的精确还原。
HDR的英文全称为High Dynamic Range Imaging，即高动态范围成像。与传统的SDR成像相比，HDR图像具有更高的动态范围，也就是明暗差别，这使得在表现亮度明暗时具有更佳的效果，特别是在极暗光和非常亮的场景下。HDR是用来实现比普通数位图像技术更大曝光动态范围的一组技术。HDR的目的是正确地表示真实世界中从太阳光直射到最暗的阴影的范围亮度，其可以提供更多的动态范围和图像细节。在计算机图形学中开创高动态范围成像的先驱是Paul Debevec，据说Debevec是第一个使用高动态范围成像图生成计算机图像以逼真地对计算机图形物体进行照明与动画处理。人们普遍认为Gregory Ward是高动态范围成像文件格式的奠基人。
与标准的RGB或YUV图像相比，HDR图像具有更大的动态范围，极大地丰富了图像记录的内容。高动态范围图像和低动态范围图像（Low Dynamic Range images，LDR images）是一对相对的概念。与LDR图像相比，HDR图像的位宽相对较大，能够记录更多的信息，但不能直接被普通的显示器所显示。
我们再从ISP处理的角度理解一下HDR图像和LDR图像的概念。在最为常见的图像格式中（如png, jpg等），使用RGB或YUV颜色空间，每个像素值用三个8bit整数表示。该颜色空间仅能存储可见色域的一小部分。
现在很多高端相机都可以输出12~16bit精度的RAW图，但是受限于各种限制（一般为显示器的限制），通常看到的图像基本都是经过ISP处理之后的8bit图像。在ISP对原始场景处理的过程中，原始RAW图的位宽被减小了，这导致了人眼可以感知到的不可挽回的信息损失。
这种传统成像技术输出的图像格式就是低动态范围（Low Dynamic Range, LDR）图像，也称为标准动态范围（Stand Dynamic Range，SDR）图像。需要指出的是，LDR图像并不总是低质量的。事实上，我们下文将要提到的HDR色调映射技术就是旨在将HDR图像映射为高质量的LDR图像用以显示。
高动态范围成像（英语：High Dynamic Range Imaging，简称HDRI或HDR），在计算机图形学与电影摄影术中，是用来实现比普通数位图像技术更大曝光动态范围（即更大的明暗差别）的一组技术。高动态范围成像的目的就是要正确地表示真实世界中从太阳光直射到最暗的阴影这样大的范围亮度。
高动态范围成像最初只用于纯粹由计算机生成的图像。后来，人们开发出了一些从不同曝光范围照片中生成高动态范围图像的方法。随着数码相机的日渐流行以及桌面软件变得易于使用，许多业余摄影师使用高动态范围成像的方法生成高动态范围场景的照片，但是，不要将这作为它唯一的用途，实际上高动态范围还有许多其它的应用。
当用于显示的时候，高动态范围图像经常要进行色调映射，并且要与其它几种全屏显示效果（full screen effect）一起使用。
在1997年的SIGGRAPH上，Paul Debevec提交了题为“从照片中恢复高动态范围辐射图”的论文。这篇论文描述了按照不同的曝光设置对同一个场景进行拍照，然后将这些采用不同曝光的照片组合成高动态范围图像。这种高动态范围图像可以捕捉从黑暗的阴影到亮光源或者高反光的更大动态范围的场景。
在SIGGRAPH 98一年之后，Debevec又提交了一篇论文“将人造物体渲染成真实场景：沟通基于图像的传统图形与全局照明以及高动态范围照片”。在这篇论文中，他使用以前的技术对光滑的铬球照相以生成他所称作的“light probe”，即本质上的高动态范围环境图。然后将这个light probe用于合成场景的渲染。与普通的环境图简单地提供反射或者折射信息不同，light probe还提供了场景中的照明，实际上，这是唯一的光源。这种方法实现了一种前所未有的真实感效果，为整体照明模型提供了真实世界的照明数据。
一些数码相机的生产商近年来不断地研发HDR技术，在相机中内置能够拍摄出高动态范围的硬件与软件。日本的富士公司早在2004年就推出了高动态范围的SuperCCD SR，这款影像传感器使用一半像素来记录正常亮度，另一半用来记录画面的暗部，使画面获得更多的细节，这项技术也应用于富士旗下的数码单反。随后其他品牌的数码单反也都各自推出自己的提高影像动态范围的技术，例如佳能公司的高光优先模式、尼康公司的Active D-Lighting技术、索尼公司的D-Range Optimizer、宾得公司的动态范围扩大功能等。现在各厂家的很多小型数码相机也开始置入了这项功能。
从2016年开始，许多电视厂商开始在电视机上加入HDR功能。但早期，这些电视更多的是“支持HDR”，而非真正能够完美显示HDR图像。我们知道，HDR图像具有极高的动态范围和色彩。要完美显示HDR图像，显示器必须具备超高对比度和高色域。而早年的一些电视虽然芯片或面板支持HDR，但并不能正确显示HDR图像的效果，这就是俗称的“假HDR”。在那一年，假HDR电视成为了一个负面代名词，因为它们比传统SDR电视贵很多，效果却不尽人意。
2022年01月30日，中国国家广播电视总局发布《高动态范围电视系统显示适配元数据技术要求》（GY/T 358—2022）行业标准。HDR作为高新视频领域的一项关键基础技术，过去只有少数国外企业能够提供。国家广播电视总局组织国内产学研用机构开展科技攻关，实现技术突破，填补了国内空白。
HDR图像存储了每个位置的亮度数值，而传统背光无法精确控制每个区域的部分亮度，这就是早年假HDR电视的一个问题——没有分区背光。分区背光技术允许显示器单独控制一个区域的灯珠亮度，从而获得更高的亮度和对比度。理论上，分区背光的区域越多越好，但这需要算法的支持。
说到这里，你可能会想到另一个技术：OLED。确实，理论上OLED才是HDR的最佳搭档。与传统的LED不同，OLED可以单独控制每个像素点的开关和亮度大小，拥有近乎无限的对比度和超高的色彩范围。然而，即便到了今天，OLED电视的价格依旧不是普通人可以接受的，其普及还需要时间。
言归正传，下面我们来深入探讨一下HDR认证。在选购显示器时，切莫以为只要具备HDR认证就万事大吉，这种想法很容易让我们陷入早年市场上那些虚假HDR电视所设下的陷阱。目前，电视领域主流的HDR认证主要包括四种：HDR10、HDR10+以及杜比视界。而在显示器领域，最为广泛采用的则是Display HDR认证。
HDR10是由蓝光协会、UHD联盟、HDMI共同制定的标准。然而，该标准在技术要求上相对较低，因为它所涵盖的图像均为静态，这意味着理论上无需支持动态范围即可获得认证。这一特性使得HDR10成为了早年HDR电视机最为广泛采用的认证之一。
在此基础上，HDR10+技术的诞生，旨在与杜比视界相媲美。相较于HDR10，HDR10+在显示画面亮度上实现了动态调节，使得每一场景都能呈现出独特的HDR效果，为观众带来更为细腻且富有层次感的视觉盛宴。
杜比视界的全称为Dolby Vision，相较于前两种HDR标准，杜比视界HDR的要求更为严格。使用杜比视界视频和电视均需通过杜比公司的认证，且认证过程需要支付费用。因此，杜比视界通常只在售价较高的设备上出现。该技术由杜比实验室开发，能够针对每个场景甚至是每一帧进行调整，从而让用户看到更丰富的色彩和细节。与HDR10相比，杜比视界的亮度上限为10000nit，远高于HDR10的1000nit，色深也从10bit提升到了12bit。然而，由于授权费用高昂，市场上出现了HDR10+。
Display HDR是VESA制定的HDR标准，是目前业内首个公开的标准，已有超过270家公司参与。VESA协会制定这一标准的目的是解决业界标准混乱的问题。目前主要有Display HDR400、600、1000、1400等几种认证。获得这些认证的要求如下：Display HDR400要求白点亮度≥400nit，边角黑亮度≤0.4nit，色域至少为95%的sRGB。驱动板需支持10bit处理，显示面板不能低于8bit。Display HDR600的要求则分别为600nit、0.1nit、色域增加到99%的sRGB，并增加对90%的DCI-P3的支持。至于1000和1400档位与600档位大致相同，主要区别在于亮度和边角黑亮度的要求。需要注意的是，Display HDR400的显示器虽然支持HDR，但效果可能并不理想。另外，一些电视声称「支持 HDR 输入」，实际上是指可以播放HDR视频，但无法以HDR模式显示。
由此可见，HDR技术无疑是显示领域的一大进步，它正引领着我们的视觉体验迈向全新的境界。透过深入探究HDR的工作原理、认证标准，以及其未来发展，我们得以更加明智地挑选合适的显示设备。这一技术的进步，无疑为我们的日常生活增添了一抹璀璨的光彩。