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几张图片看懂LED显示屏摩尔纹成因

LED知与识 2020-09-16 11:24:37

使用数码设备(手机、相机、报像机等)对LED显示屏播放画面进行拍摄时,成像画面会存在一些不规则的水波纹状图案,这种现象称为摩尔纹现象,摩尔纹俗称水波纹。如下图:

(图片来源网络)


数码设备在拍摄时,同样经常出现的另外一种现象是扫描纹现象。因常常与摩尔纹被业内人士混为一谈,所以有必要在此提起。


LED显示屏的扫描纹是由于显示屏的刷新频率偏低(<1000Hz),被相机快门捕捉到扫描线而引起的一种现象(因为LED显示屏是逐行扫描驱动),扫描纹形状是水平黑条纹,有别于摩尔纹的不规则特征,如下图: 



消除扫描纹只要提高LED显示屏的刷新频率即可,而摩尔纹的消除办法则相对复杂,因为摩尔纹产生的原因,与LED显示屏的性能没有绝对关系。


摩尔纹产生的原理,单用文字来描述,对于大多数人来说,都会觉得晦涩难懂,下面我们就参考中央电视台高工栗小斌的《LED显示屏摩尔纹的消防方法》文献,结合图示解释:


先来了解下数码相机、摄像机的图像感应器(CCD)。


图像感应器CCD上有许多排列整齐的光敏物质(光电二极管),能感应光线,并将光信号转变成电信号,再经外部采样放大及模数转换电路转换成数字图像信号(这段文字来自百度百科~~)。这些排列整齐的光敏物质,也称为CCD的像素,如同LED灯管之于LED显示屏的像素。


因此,我们可以用两张图片来分别表示CCD上的像素阵列以及LED显示屏上的灯管阵列(像素与像素之间的间隙呈栅格状)。



当拍摄镜头对准LED显示屏时,用上面两张像素点阵图来模拟,我们来看下成像的效果(镜头旋转一个角度):



如果你还不能轻易看到摩尔纹,我们把图像再稍作下淡化处理:



是不是可以清晰的看到摩尔纹了!


这就是摩尔纹产生的原理,通俗、形像地解释,就是两个呈栅格状的像素点阵重合时,栅格的明暗部份相互交错重叠产生的纹状现象(可以仔细观察上图中两个栅格重叠后,各条纹明暗位置的特征差异)。


大概明白了原理,那么该如何消除摩尔纹呢?


再来了解一个光学名词——空间频率。


空间频率是指单位视角内,图像亮暗条纹重复出现的周期数。我们再使用一张图片来说明:



在图中,摄影机与LED显示屏的距离固定,在眼睛的这个视角内,假如CCD上整齐排列的光敏元件数量与LED显示屏上的整齐排列(有间格的排列)的像素数量一样,那么我们可以说,此时CCD像素的空间频率与LED显示屏的空间频率一样(栅格数量一样)。空间频率相近最容易产生摩尔纹。

 

所以,目前行业消除摩尔纹的办法一般有以下几种:

 

1、改变相机角度。由于相机拍摄物体的角度会导致摩尔波纹,稍微改变相机的角度,通过旋转相机,可以消除或改变存在的任何摩尔波纹。


2、改变相机位置。通过左右或上下移动来改变角度关系,也可以减少摩尔波纹。

 

3、改变焦点。过于清晰的焦点和高度细节(突现栅格)可能会导致摩尔波纹,稍微改变焦点可降低清晰度,进而帮助消除摩尔波纹。

 

4、改变镜头焦长。可用不同的镜头或焦长设定,来改变或消除摩尔波纹。

 

5、使用镜前滤光镜直接安装在 CCD 的前面,使其曝光条件满足空间频率,彻底过滤影像中高空间频率部分,减少LED显示屏摩尔纹发生的机会。


6、屏幕前加装一种光学处理幕,这种光学幕采用特殊材料制成,可以将LED显示屏离散的每个发光点(像素)光线发散放大显示,消除屏幕颗粒感和像素栅格效应,即,消除了摩尔纹的生成条件(栅格)。

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