如何消除LED顯示屏的摩爾紋

導讀：我們經(jīng)常會碰到使用數(shù)碼相機或是手機拍攝屏幕類物體——諸如電視、顯示器、手機屏、平板電腦屏幕、邁普光彩LED顯示屏等等，都會有這樣的困擾：明明看著非常清晰的屏幕，但用相機拍攝出來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顯示屏時，發(fā)現(xiàn)照片上出現(xiàn)水波紋和掃描線。這些現(xiàn)象是因為用數(shù)碼相機或者手機拍攝時的角度和焦距引起的。這些水波紋在物理學上稱為“摩爾紋”。

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

無論是用高級數(shù)碼相機拍攝的影像，或是掃描的影像，均有可能出現(xiàn)該現(xiàn)象。當物體上的細致圖樣（如織物上的編織紋路，或建筑物上非?？拷钠叫芯€）與成像元件上的圖樣相重疊時，可產(chǎn)生此現(xiàn)象。如果兩個圖樣重疊，通常會產(chǎn)生另一種新圖樣。。

我們在用相機拍照的時候，有時除了會出現(xiàn)摩爾紋外，還會看到一條條掃描線。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)象過程

目前國際上數(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，無可避免的數(shù)碼光電耦合器還是會解讀出部分可以辨識的結(jié)果，卻也會加上不能辨識的灰階地帶，兩者的和就會形成規(guī)律性的紋路，反應(yīng)在視覺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。

經(jīng)常會有人誤以為摩爾紋就是掃描線，這是個很大的誤點。

一、摩爾紋和掃描線現(xiàn)象的區(qū)別

摩爾紋一般呈現(xiàn)無規(guī)則弧形擴散狀態(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致，被攝影攝像機捕捉呈現(xiàn)！

二、“摩爾紋”（Moiréeffect）

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

三、摩爾紋產(chǎn)生的過程

1、兩個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。而右邊逐步錯位、白線對著黑線，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，無可避免，數(shù)碼攝影攝像機還是會解讀出部分可以辨識的結(jié)果，卻也會加上不能辨識的灰階地帶，兩者的和就會形成規(guī)律性的紋路，反應(yīng)在視覺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，就會產(chǎn)生摩爾紋。要想消除摩爾紋，應(yīng)當使鏡頭分辨率遠小于感光元件的空間頻率。當這個條件滿足時，影像中不可能出現(xiàn)與感光元件相近的條紋，也就不會產(chǎn)生摩爾紋了。有些數(shù)碼攝影攝像機中為了減弱摩爾紋，安裝有低通濾波器濾除影像中較高空間頻率部分，這當然會降低圖像的銳度。如果將來的數(shù)碼攝影攝像機像素密度能夠大大提高，遠遠超過鏡頭分辨率，也不會出現(xiàn)摩爾紋。

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

1.2摩爾紋對數(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)?，F(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)光點亮度高，成像效果不好，近距離觀看炫目，會出現(xiàn)摩爾紋。尤其在以數(shù)碼器材拍攝時，畫面會出現(xiàn)嚴重的摩爾紋現(xiàn)象且閃爍。

從上圖可以看到，LED顯示屏在拍攝時出現(xiàn)了一些不規(guī)則的彩色紋路，不能真實地還原原來的圖像，嚴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、無縫拼接、價格低等的優(yōu)勢末能體現(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)碼攝影攝像機廠家越來越多的重視，日本松下公司就通過數(shù)碼CCD及COMS光電耦合器像素偏置技術(shù)來減少摩爾紋的產(chǎn)生。

由于光電耦合器的靶面是點陣排列的，不是連續(xù)的面，所以當圖像的空間頻率（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，就容易產(chǎn)生摩爾紋現(xiàn)象。簡單來說，就是由于圖像細節(jié)小于每一個圖像傳感器之間的間隔所造成的。而空間偏置是一種用來提高COMS或者CCD攝影攝像機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陣列中的像素數(shù)，達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，這樣就得到了更高的分辨率。

圖4是采用像素偏置技術(shù)對提高分辨率效果的示意圖，被攝對象的頻率反映的是圖像的細節(jié)。當采用像素偏置技術(shù)時，綠色COMS或者CCD和紅藍COMS或者CCD將取得不同點的圖像信息，經(jīng)過DSP數(shù)字信號處理之后，就可以得到紅色曲線的圖像信息（如物體有高于紅線的細節(jié)信息則無法得到）；而不采用像素偏置技術(shù)，則只能得到如藍色曲線的圖像信息，顯然，實際輸出的圖像細節(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，無法連續(xù)成一個面。

2.2攝影攝像機調(diào)整

在電視拍攝時可采用以下辦法來減輕或消除摩爾紋干擾：

（1）改變攝影攝像機角度。由于攝影攝像機與LED顯示屏的角度會導致摩爾紋，稍微改變攝影攝像機的角度（通過旋轉(zhuǎn)攝像機）可以減輕或消除摩爾紋。

（2）改變攝影攝像機位置。通過左右或上下移動來改變角度關(guān)系，可以減少摩爾紋。

（3）改變焦點。細致圖樣上過于清晰的焦點和細節(jié)可能會導致摩爾紋，稍微改變焦點可改變清晰度，進而幫助消除摩爾紋。

（4）改變鏡頭焦長。用不同的鏡頭或焦長設(shè)定，來改變或消除摩爾紋。

（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，徹底過濾影像中高空間頻率部分，減少摩爾紋發(fā)生的機會，但這也會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合可以適用，但對于電視攝像，特別是電視直播節(jié)目，就存在實際的操作問題。

3 光學處理幕消除摩爾紋

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顯示屏或攝像機的顯示為一個面，而不是網(wǎng)格狀，受限于攝像機CCD的分辨率，現(xiàn)有技術(shù)很難實現(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，通過光學處理幕對離散的LED發(fā)光點進行放大顯示，改善LED顯示屏的表面物理結(jié)構(gòu)，使得LED顯示屏由點發(fā)光轉(zhuǎn)換成面發(fā)光，最終在光學處理幕表面形成連續(xù)的高清晰圖像，消除摩爾紋。

通過光學處理的LED顯示屏，攝像機幾乎可在任何角度、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，國內(nèi)外一些廠家已掌握了相關(guān)技術(shù)。

3.1 光學處理幕技術(shù)解決方案、

在LED顯示屏發(fā)光管表面固定一層光學處理幕。光學處理幕(如圖5所示)必須緊貼顯示屏發(fā)光管；光學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)光學處理幕吸光處理、濾除雜光，通過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 光學處理幕的技術(shù)特點

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)能過濾90%以上的雜散光；

(5)使用壽命長，超過10萬小時；

(6)防水、防腐蝕、防爆、清潔方便

3.2.2 基本特點

(l)多采用納米技術(shù)，選用高硬度高彈性臺成樹脂材料，物理機械性好、抗拉、抗彎曲，抗沖擊性強，化學穩(wěn)定性好，無放射、輻射傷害；

(2)實現(xiàn)了超大尺寸屏幕無縫物理拼接，拼縫處光學無陰影；

(3)先進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口光學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)置的導光顆粒將光源向光學處理幕表明傳播，優(yōu)化圖像亮度。

3.2.3 加裝光學處理幕的LED顯示屏特性

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

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

4 光學處理幕技術(shù)的應(yīng)用

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

（1）圖像清晰、柔和、色彩逼真、在特寫鏡頭時圖像不失真；

（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顯示屏的實效由上下左右120°～130°，增大到170°。

經(jīng)過多年的研發(fā)和改進，光學處理幕技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于國內(nèi)電視臺的演播室、大型綜藝演播室。從2008年起，加裝光學處理幕的LED顯示屏首先在廈門電視臺360演播室作為新聞播報的置景顯示屏使用，之后陸續(xù)在中央人民廣播電臺、太原電視臺、鄭州電視臺等電視臺的新聞或專題演播室使用。通過給LED屏幕加裝光學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，尤其是動態(tài)燈光會造成數(shù)碼相機的嚴重偏色。

審核編輯 黃宇