引言

    與其他顯示屏相比，LED顯示屏在亮度、尺寸等方面有較大優(yōu)勢。近年來，LED顯示屏開始應(yīng)用于電視綜藝演播室，逐漸成為舞臺(tái)主流顯示設(shè)備。但是，在長期的使用過程中會(huì)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)攝像機(jī)鏡頭對準(zhǔn)LED顯示屏?xí)r，偶爾會(huì)出現(xiàn)莫名其妙的水波一樣的條紋和奇怪的色彩（如圖1所示），也就是常說的摩爾紋現(xiàn)象。那摩爾紋究竟是怎么產(chǎn)生的呢?

    1 LED顯示屏摩爾紋的產(chǎn)生原理及其影響

    1.1 摩爾紋的產(chǎn)生原理

    當(dāng)兩個(gè)帶有空間頻率的圖樣重疊，通常會(huì)產(chǎn)生另一種新圖樣，這種新圖樣通常叫做摩爾波紋(如圖2所示)。由于攝像機(jī)的CCD(圖像傳感器)靶面(感光面)類似于圖2中間的圖形，而LED顯示屏是由排列一致的點(diǎn)陣式發(fā)光管組成的，整個(gè)顯示屏不發(fā)光面積大，形成了網(wǎng)格狀的圖樣，類似圖2左邊的圖像，兩者重疊，就形成了類似于圖2右邊的摩爾紋。

    簡單地說，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。差拍原理廣泛應(yīng)用到廣播電視和通信中，用來變頻、調(diào)制等。同樣，差拍原理也適用于空間頻率。空間頻率略有差異的條紋疊加，由于條紋間隔的差異，重合位置會(huì)逐漸偏移，也會(huì)形成差拍。

    如果感光元件CCD(或CMOD)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。如果將來的數(shù)碼攝像機(jī)像素密度能夠大大提高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過鏡頭分辨率，也不會(huì)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(huì)出現(xiàn)摩爾紋。所以摩爾紋現(xiàn)象是電視攝像數(shù)字化后帶來的問題。

    1.2摩爾紋對電視攝像的影響

    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(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。尤其在以攝像機(jī)拍攝時(shí)，畫面會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的摩爾紋現(xiàn)象且閃爍。

    從圖1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)地還原原來的圖像，嚴(yán)重影響了電視畫面的效果，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(jià)格低等的優(yōu)勢末能體現(xiàn)。

    2 減少摩爾紋的常用方法

    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 CCD像素偏置技術(shù)

    近幾年，摩爾紋現(xiàn)象得到攝像機(jī)廠家越來越多的重視，日本松下公司就通過CCD像素偏置技術(shù)來減少摩爾紋的產(chǎn)生。

    由于CCD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CCD的空間頻率時(shí)，就容易產(chǎn)生摩爾紋現(xiàn)象。簡單來說，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提高CCD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CCD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(xì)節(jié)。當(dāng)采用像素偏置技術(shù)時(shí)，綠色CCD和紅藍(lán)CCD將取得不同點(diǎn)的圖像信息，經(jīng)過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*消除摩爾紋，原因是CCD仍存在一定的空間頻率，無法連續(xù)成一個(gè)面。

    2.2攝像機(jī)調(diào)整

    在電視拍攝時(shí)可采用以下辦法來減輕或消除摩爾紋干擾：

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

    （2）改變攝像機(jī)位置。通過左右或上下移動(dòng)來改變角度關(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。用不同的鏡頭或焦長設(shè)定，來改變或消除摩爾紋。

    （5）用軟件處理，消除zui終影像上出現(xiàn)的摩爾紋。

    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(shí)際的操作問題。

    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*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，通過光學(xué)處理幕對離散的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，zui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)能過濾90%以上的雜散光；

    (5)使用壽命長，超過10萬小時(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，無放射、輻射傷害；

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

    (3)*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，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*、太原電視臺(tái)、鄭州電視臺(tái)等電視臺(tái)的新聞或?qū)ｎ}演播室使用。通過給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。文/深圳LED基地（公眾號(hào)：深圳LED基地）