Ultra HDR 与 ISO 21496-1 增益图（Gain-Map JPEG）处理边界

现代智能手机（Android 14+ Ultra HDR、iPhone 自适应 HDR JPEG）广泛采用 ISO 21496-1（或 Google Ultra HDR）增益图（Gain Map） 标准。这类 .jpg 文件在普通显示器上就是一张完全向后兼容的 8-bit SDR JPEG，但在支持 HDR 的浏览器与移动设备上，高光区域可以额外提升数档动态范围。

为什么这类手机实拍 HDR 照片一旦经过传统图片网关缩放或重压缩，在手机或 Chrome 上看就会瞬间变得灰暗平淡？本页拆解其底层机制与四个入口的真实支持状态。

1. Gain-Map JPEG 的内部结构与丢失原因

一张 ISO 21496-1 / Ultra HDR JPEG 文件并不是单张 10-bit 图像，而是由三部分封装在同一个 JPEG 容器中：

主图（Base SDR Image）：标准的 8-bit sRGB / Display P3 JPEG，供所有传统软件直接解码显示。
MPF（Multi-Picture Format）副图（Gain Map Image）：紧跟在主图 EOI（End of Image）标记之后的第二张小型灰度或三通道 JPEG（通常分辨率为主图的 1/4），记录每个像素从 SDR 提升到 HDR 所需的对数亮度增益。
XMP / ISO 21496-1 元数据：描述增益图的最小/最大增益倍数（hdrCapacityMin / hdrCapacityMax）、Gamma 与偏移量。

当传统的图像处理管线执行 Load -> Resize -> ExportJpeg 时：

JPEG 解码器默认只读取第 1 张主图（忽略 MPF 尾部副图）；
即使开启了保留 EXIF/XMP 元数据，由于副图像素没有随主图一起缩放并重新写入 MPF 容器，导出的 JPEG 会彻底丢失增益图副图，退化为普通 SDR 照片。

2. 四入口对 Gain Map 的支持矩阵（截至 2026 年 10 月）

底层对 gainmap 元数据字段与 uhdr（libuhdr）容器的原生支持是在 libvips 8.18 周期中引入的，因此不同绑定因所链接的 libvips 版本不同而存在代差：

绑定与核实版本	底层 libvips	读取增益图	保留或附加增益图导出	状态与边界说明
sharp `0.35.5`	预编译内置 `libvips 8.18.7`	`metadata.gainMap`（返回副图 Buffer 与解析信息）	`.keepGainMap()` / `.withGainMap(options)`	实验性支持（Experimental）：转码无几何变换时可用 `keepGainMap()`；若执行了缩放/裁剪，需单独对增益图做对应变换后用 `withGainMap()` 合成
pyvips `3.2.0`	取决于系统安装的 `libvips`	`image.get_gainmap()`（需系统 `libvips >= 8.18`）	通过 `set_type` 更新 `"gainmap"` 字段	在链接了 `libvips 8.17.3` 的系统上，`get_gainmap()` 会返回 `None`
govips `v2.19.0`	测试环境为 `libvips 8.17.3`	无公开 API	无公开 API	重编码 JPEG/WebP/AVIF 时会丢弃 MPF 增益图副图，退化为 SDR
vips CLI `8.17.3`	`libvips 8.17.3`	不支持（需 `libvips 8.18+`）	不支持（需 `libvips 8.18+`）	8.17.3 尚无内置 `gainmap` 读写算子

3. 代码示例：检测、保留与缩放增益图

// govips v2.19.0 尚未封装 ISO 21496-1 Gain Map 读写接口。
// 注意：对包含 Ultra HDR 增益图的 JPEG 执行 ExportJpeg / ExportWebp 时，
// 输出将仅保留 SDR 主图（若原图嵌入了 Display P3 ICC，请保留 ICC 以避免色域同时退化）。
params := vips.NewJpegExportParams()
params.Quality = 85
params.StripMetadata = false // 保留 Display P3 ICC 配置文件

import sharp from 'sharp';

// 1. 探测输入 JPEG 是否包含 ISO 21496-1 / Ultra HDR 增益图（sharp 0.35.5 实验性特性）
const meta = await sharp('ultra-hdr-input.jpg').metadata();

if (meta.gainMap) {
  // 场景 A：不改变几何尺寸，仅重编码主图并原样保留增益图
  await sharp('ultra-hdr-input.jpg')
    .keepGainMap()
    .jpeg({ quality: 85 })
    .toFile('ultra-hdr-reencoded.jpg');
}

import pyvips

image = pyvips.Image.new_from_file("ultra-hdr-input.jpg")

# pyvips 3.2.0 提供 get_gainmap()（需要底层链接 libvips >= 8.18 且编译了 libuhdr 支持）
gainmap = image.get_gainmap()
if gainmap is not None:
    print(f"Detected gain map: {gainmap.width}x{gainmap.height}, bands={gainmap.bands}")
else:
    print("No gain map found (or linked libvips is earlier than 8.18)")

# 在 libvips 8.17.3 下，vipsheader 不会列出 gainmap 副图字段；
# 升级至编译了 libuhdr 的 libvips 8.18+ 后，可通过 vipsheader -a 检查 gainmap 元数据。
vipsheader -a ultra-hdr-input.jpg

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