導(dǎo)讀：我們經(jīng)常會(huì)碰到使用數(shù)碼相機(jī)或是手機(jī)拍攝屏幕類物體——諸如電視、顯示器、手機(jī)屏、平板電腦屏幕、邁普光彩LED顯示屏等等，都會(huì)有這樣的困擾：明明看著非常清晰的屏幕，但用相機(jī)拍攝出來(lái)以后照片上竟顯示出一圈圈一條條的波紋，影響屏幕的色彩及清晰度之余，還顯得非常不美觀。LED顯示屏?xí)r，發(fā)現(xiàn)照片上出現(xiàn)水波紋和掃描線。這些現(xiàn)象是因?yàn)橛脭?shù)碼相機(jī)或者手機(jī)拍攝時(shí)的角度和焦距引起的。這些水波紋在物理學(xué)上稱為“摩爾紋”。

摩爾紋是數(shù)碼照相機(jī)或者掃描儀等設(shè)備上的感光元件出現(xiàn)的高頻干擾，會(huì)使圖片出現(xiàn)彩色的高頻率條紋。簡(jiǎn)單的說(shuō)，摩爾紋是差拍原理的一種表現(xiàn)。從數(shù)學(xué)上講， 兩個(gè)頻率接近的等幅正弦波疊加，合成信號(hào)的幅度將按照兩個(gè)頻率之差變化。由于摩爾紋是不規(guī)則的，所以并沒(méi)有明顯的形狀規(guī)律。。

無(wú)論是用高級(jí)數(shù)碼相機(jī)拍攝的影像，或是掃描的影像，均有可能出現(xiàn)該現(xiàn)象。當(dāng)物體上的細(xì)致圖樣（如織物上的編織紋路，或建筑物上非常靠近的平行線）與成像元件上的圖樣相重疊時(shí)，可產(chǎn)生此現(xiàn)象。如果兩個(gè)圖樣重疊，通常會(huì)產(chǎn)生另一種新圖樣。。

我們?cè)谟孟鄼C(jī)拍照的時(shí)候，有時(shí)除了會(huì)出現(xiàn)摩爾紋外，還會(huì)看到一條條掃描線。那么摩爾紋跟掃描線有什么區(qū)別呢？

LED顯示屏產(chǎn)生摩爾紋現(xiàn)象過(guò)程

目前國(guó)際上數(shù)碼攝影攝像基本上主流用COM或者CCD數(shù)碼光電耦合器。

LED顯示屏像素分布密度恰好介于數(shù)碼光電耦合器COM或者CCD可以分辨的間隔之中，無(wú)可避免的數(shù)碼光電耦合器還是會(huì)解讀出部分可以辨識(shí)的結(jié)果，卻也會(huì)加上不能辨識(shí)的灰階地帶，兩者的和就會(huì)形成規(guī)律性的紋路，反應(yīng)在視覺(jué)上就是周期性的波紋。

那今天就給大家普及一下關(guān)于摩爾紋的知識(shí)。

經(jīng)常會(huì)有人誤以為摩爾紋就是掃描線，這是個(gè)很大的誤點(diǎn)。

一、摩爾紋和掃描線現(xiàn)象的區(qū)別

摩爾紋一般呈現(xiàn)無(wú)規(guī)則弧形擴(kuò)散狀態(tài)。而掃描線則是水平黑色條紋直線，主要是由于顯示屏刷新較低導(dǎo)致，被攝影攝像機(jī)捕捉呈現(xiàn)！

二、“摩爾紋”（Moiréeffect）

用數(shù)碼攝影攝像機(jī)拍攝景物中，如果有密紋的紋理，常常會(huì)出現(xiàn)莫名其妙的水波樣條紋。簡(jiǎn)單的說(shuō)，摩爾紋是差拍原理的一種表現(xiàn)。從數(shù)學(xué)上講，兩個(gè)頻率接近的等幅正弦波疊加，合成信號(hào)的幅度將按照兩個(gè)頻率之差變化。

三、摩爾紋產(chǎn)生的過(guò)程

1、兩個(gè)空間頻率略有差異的條紋，它們左端黑線位置相同，由于間隔丌同，向右邊逐漸線條就丌能重合了。

2、這兩個(gè)條紋重疊的結(jié)果，左邊由于黑線重合，所以可以看到白線。而右邊逐步錯(cuò)位、白線對(duì)著黑線，重疊結(jié)果變得全黑。有白線和全黑的變化，組成了摩爾紋。

3、將圖2的兩組條紋完全重合，就可以看到典型的摩爾紋了。

四、顯示屏產(chǎn)生摩爾紋現(xiàn)象過(guò)程

如上圖所示：LED顯示屏顯示是由RGB三色單元組成，均勻的分布在顯示屏上。

注意：如果LED顯示屏像素分布密度恰好介于數(shù)碼光電耦合器COM或者CCD可以分辨的間格之中，無(wú)可避免，數(shù)碼攝影攝像機(jī)還是會(huì)解讀出部分可以辨識(shí)的結(jié)果，卻也會(huì)加上不能辨識(shí)的灰階地帶，兩者的和就會(huì)形成規(guī)律性的紋路，反應(yīng)在視覺(jué)上就是周期性的波紋。

如果數(shù)碼光電耦合器COM或者CCD像素的空間頻率與影像中(LED)條紋的空間頻率接近，就會(huì)產(chǎn)生摩爾紋。要想消除摩爾紋，應(yīng)當(dāng)使鏡頭分辨率遠(yuǎn)小于感光元件的空間頻率。當(dāng)這個(gè)條件滿足時(shí)，影像中不可能出現(xiàn)與感光元件相近的條紋，也就不會(huì)產(chǎn)生摩爾紋了。有些數(shù)碼攝影攝像機(jī)中為了減弱摩爾紋，安裝有低通濾波器濾除影像中較高空間頻率部分，這當(dāng)然會(huì)降低圖像的銳度。如果將來(lái)的數(shù)碼攝影攝像機(jī)像素密度能夠大大提高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)鏡頭分辨率，也不會(huì)出現(xiàn)摩爾紋。

膠片記錄影像的過(guò)程中不存在規(guī)律分布的像素，也就沒(méi)有固定的空間頻率，也不會(huì)出現(xiàn)摩爾紋。所以摩爾紋現(xiàn)象是電視攝像數(shù)字化后帶來(lái)的問(wèn)題。

1.2摩爾紋對(duì)數(shù)碼CCD及COMS光電耦合器的影響

LED顯示屏是由離散的像素排列而成，像素之間存在明顯的不發(fā)光黑區(qū)。現(xiàn)有作為演播室背景的LED顯示屏像素間不發(fā)光面積大，發(fā)光點(diǎn)亮度高，成像效果不好，近距離觀看炫目，會(huì)出現(xiàn)摩爾紋。尤其在以數(shù)碼器材拍攝時(shí)，畫面會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的摩爾紋現(xiàn)象且閃爍。

從上圖可以看到，LED顯示屏在拍攝時(shí)出現(xiàn)了一些不規(guī)則的彩色紋路，不能真實(shí)地還原原來(lái)的圖像，嚴(yán)重影響了畫面的效果，也影響了LED顯示屏在演播室的推廣使用。LED顯示屏亮度高、可應(yīng)用的面積大、無(wú)縫拼接、價(jià)格低等的優(yōu)勢(shì)末能體現(xiàn)。

2 減少或消除摩爾紋的常用方法

如何避免或減少摩爾紋現(xiàn)象呢？一般有以下幾類方法：

2.1 COMS或者CCD像素偏置技術(shù)

近幾年，摩爾紋現(xiàn)象得到數(shù)碼攝影攝像機(jī)廠家越來(lái)越多的重視，日本松下公司就通過(guò)數(shù)碼CCD及COMS光電耦合器像素偏置技術(shù)來(lái)減少摩爾紋的產(chǎn)生。

由于光電耦合器的靶面是點(diǎn)陣排列的，不是連續(xù)的面，所以當(dāng)圖像的空間頻率（例如LED大屏幕的空間頻率）超出了光電耦合器的空間頻率時(shí)，就容易產(chǎn)生摩爾紋現(xiàn)象。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是由于圖像細(xì)節(jié)小于每一個(gè)圖像傳感器之間的間隔所造成的。而空間偏置是一種用來(lái)提高COMS或者CCD攝影攝像機(jī)亮度水平分辨率的方法。這種方法能夠盡可能地使用COMS或者CCD陣列中的像素?cái)?shù)，達(dá)到比理論值更高的分辨率。

其像素排列方式如圖3，紅色和藍(lán)色COMS或者CCD被固定在棱鏡模塊上，它們的間隔水平偏置相當(dāng)于綠色的一半。它將掃描線中的采樣數(shù)量加倍，用于制作亮度信號(hào)，這樣就得到了更高的分辨率。

圖4是采用像素偏置技術(shù)對(duì)提高分辨率效果的示意圖，被攝對(duì)象的頻率反映的是圖像的細(xì)節(jié)。當(dāng)采用像素偏置技術(shù)時(shí)，綠色COMS或者CCD和紅藍(lán)COMS或者CCD將取得不同點(diǎn)的圖像信息，經(jīng)過(guò)DSP數(shù)字信號(hào)處理之后，就可以得到紅色曲線的圖像信息（如物體有高于紅線的細(xì)節(jié)信息則無(wú)法得到）；而不采用像素偏置技術(shù)，則只能得到如藍(lán)色曲線的圖像信息，顯然，實(shí)際輸出的圖像細(xì)節(jié)就少多了。但是，即便采用這種方法，仍不能徹底消除摩爾紋，原因是COMS或者CCD仍存在一定的空間頻率，無(wú)法連續(xù)成一個(gè)面。

2.2攝影攝像機(jī)調(diào)整

在電視拍攝時(shí)可采用以下辦法來(lái)減輕或消除摩爾紋干擾：

（1）改變攝影攝像機(jī)角度。由于攝影攝像機(jī)與LED顯示屏的角度會(huì)導(dǎo)致摩爾紋，稍微改變攝影攝像機(jī)的角度（通過(guò)旋轉(zhuǎn)攝像機(jī)）可以減輕或消除摩爾紋。

（2）改變攝影攝像機(jī)位置。通過(guò)左右或上下移動(dòng)來(lái)改變角度關(guān)系，可以減少摩爾紋。

（3）改變焦點(diǎn)。細(xì)致圖樣上過(guò)于清晰的焦點(diǎn)和細(xì)節(jié)可能會(huì)導(dǎo)致摩爾紋，稍微改變焦點(diǎn)可改變清晰度，進(jìn)而幫助消除摩爾紋。

（4）改變鏡頭焦長(zhǎng)。用不同的鏡頭或焦長(zhǎng)設(shè)定，來(lái)改變或消除摩爾紋。

（5）使用鏡前濾光鏡直接安裝在光電耦合器的前面，使其曝光條件滿足空間頻率，徹底過(guò)濾影像中高空間頻率部分，減少摩爾紋發(fā)生的機(jī)會(huì)，但這也會(huì)同步降低影像的銳利度。

（6）用軟件處理。使用如NikonCapture或Photoshop插件等，消除最終影像上出現(xiàn)的任何摩爾波紋。

但是，上述的方法在某些特定的場(chǎng)合可以適用，但對(duì)于電視攝像，特別是電視直播節(jié)目，就存在實(shí)際的操作問(wèn)題。

3 光學(xué)處理幕消除摩爾紋

既然摩爾紋現(xiàn)象是由LED顯示屏的固有結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的，如果使摩爾紋產(chǎn)生的條件—LED顯示屏的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)或是攝像機(jī)CCD(CMOS)的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的其中之一消失，理論上就可以完全消除摩爾紋干擾。

要使LED顯示屏或攝像機(jī)的顯示為一個(gè)面，而不是網(wǎng)格狀，受限于攝像機(jī)CCD的分辨率，現(xiàn)有技術(shù)很難實(shí)現(xiàn)。那么，能不能在LED顯示屏上做文章呢？

有研究發(fā)現(xiàn)，可以在LED顯示屏表面疊加一層光學(xué)處理幕，該幕由特定比例的特殊吸光材料與表面微珠透鏡涂層組成，通過(guò)光學(xué)處理幕對(duì)離散的LED發(fā)光點(diǎn)進(jìn)行放大顯示，改善LED顯示屏的表面物理結(jié)構(gòu)，使得LED顯示屏由點(diǎn)發(fā)光轉(zhuǎn)換成面發(fā)光，最終在光學(xué)處理幕表面形成連續(xù)的高清晰圖像，消除摩爾紋。

通過(guò)光學(xué)處理的LED顯示屏，攝像機(jī)幾乎可在任何角度、任何位置、任何焦距都可以拍攝出不產(chǎn)生摩爾紋的圖像。目前，國(guó)內(nèi)外一些廠家已掌握了相關(guān)技術(shù)。

3.1 光學(xué)處理幕技術(shù)解決方案、

在LED顯示屏發(fā)光管表面固定一層光學(xué)處理幕。光學(xué)處理幕(如圖5所示)必須緊貼顯示屏發(fā)光管；光學(xué)處理幕選用特定比例的吸光材料和微珠透鏡涂層，使其在透光性、色調(diào)等方面滿足電視攝像要求。

發(fā)光管發(fā)出的光經(jīng)光學(xué)處理幕吸光處理、濾除雜光，通過(guò)涂層表面多層等比例放大后形成連續(xù)整體面光，消除了LED發(fā)光管的網(wǎng)格效應(yīng)。

3.2 光學(xué)處理幕的技術(shù)特點(diǎn)

3.2.1 產(chǎn)品特性

(1)高增益、高清晰度、透光率大于等于95%；

(2)亮度均勻度高，色彩還原飽和性高，能改善色溫、白平衡；

(3)增大視角，上下左右視角均大于170°

(4)能過(guò)濾90%以上的雜散光；

(5)使用壽命長(zhǎng)，超過(guò)10萬(wàn)小時(shí)；

(6)防水、防腐蝕、防爆、清潔方便

3.2.2 基本特點(diǎn)

(l)多采用納米技術(shù)，選用高硬度高彈性臺(tái)成樹(shù)脂材料，物理機(jī)械性好、抗拉、抗彎曲，抗沖擊性強(qiáng)，化學(xué)穩(wěn)定性好，無(wú)放射、輻射傷害；

(2)實(shí)現(xiàn)了超大尺寸屏幕無(wú)縫物理拼接，拼縫處光學(xué)無(wú)陰影；

(3)先進(jìn)的表面涂層處理技術(shù)，保證透光顆粒和微晶顆粒等特殊粉粒以及附著粉粒等幾十種進(jìn)口光學(xué)材料均勻與基材表面融合，抗磨損，涂層表面的平整處理、防腐處理、耐磨處理確保屏幕亮度均勻、圖像清晰、色彩還原好；

(4)光學(xué)處理幕材料具有吸收光線和很好的光線定向傳播特性，內(nèi)置的導(dǎo)光顆粒將光源向光學(xué)處理幕表明傳播，優(yōu)化圖像亮度。

3.2.3 加裝光學(xué)處理幕的LED顯示屏特性

（1）外觀上，在LED顯示屏未點(diǎn)亮之前，整個(gè)顯示屏類似一個(gè)超大尺寸的LCD顯示器，看不到LED顯示屏的發(fā)光點(diǎn)（如圖6、7所示）；

（2）光學(xué)處理好的LED顯示屏，其亮度、色溫滿足電視拍攝的要求，不會(huì)出現(xiàn)摩爾紋干擾現(xiàn)象（如圖8所示）。

4 光學(xué)處理幕技術(shù)的應(yīng)用

在消除摩爾紋干擾的基礎(chǔ)上，光學(xué)處理幕在圖像還原上也體現(xiàn)了一定的優(yōu)勢(shì)，具體表現(xiàn)上：

（1）圖像清晰、柔和、色彩逼真、在特寫鏡頭時(shí)圖像不失真；

（2）縮小LED屏幕的觀看舉例，人眼與顯示屏的距離可縮短30cm；

（3）增大LED顯示屏的觀看視角，將LED顯示屏的實(shí)效由上下左右120°～130°，增大到170°。

經(jīng)過(guò)多年的研發(fā)和改進(jìn)，光學(xué)處理幕技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于國(guó)內(nèi)電視臺(tái)的演播室、大型綜藝演播室。從2008年起，加裝光學(xué)處理幕的LED顯示屏首先在廈門電視臺(tái)360演播室作為新聞播報(bào)的置景顯示屏使用，之后陸續(xù)在中央人民廣播電臺(tái)、太原電視臺(tái)、鄭州電視臺(tái)等電視臺(tái)的新聞或專題演播室使用。通過(guò)給LED屏幕加裝光學(xué)處理幕已成為電視演播室消除摩爾紋的一種主要方式。

另外，低端的LED大屏或者是多彩LED燈，其發(fā)光原件的光源色溫都不正，尤其是動(dòng)態(tài)燈光會(huì)造成數(shù)碼相機(jī)的嚴(yán)重偏色。

審核編輯 黃宇