产生机制分析
钱恺 浙江广播电视集团
摘要：本文研究了以大屏为背景进行节目制作时摩尔纹的产生机制，并通过两个频率相近的正弦波叠加分析了摩尔纹产生的简化数学模型，最后介绍了以大屏为背景时摩尔纹的消除与减轻的措施。关键词：LED 大屏 摩尔纹 1 前言LED屏幕具有亮度高、密度大、可控制性强的优点。近年来，随着技术的不断发展，LED屏幕作为背景在各类型节目中的普及率越来越高。但是在带来便利的同时，LED屏幕的普及也带来了一个普遍性的问题，那就在数字拍摄时可能会出现摩尔纹，图1是以LED为大屏背景的拍摄画面，画面中可以清晰看到摩尔纹，摩尔纹的出现影响到了拍摄的质量与观众的体验，所以在数字拍摄领域，需要尽量避免摩尔纹的出现。本文主要将对以LED大屏为背景时摩尔纹产生的机制加以分析，对消除或减少莫尔条纹具有指导意义。
领域，摩尔纹的出现会降低视频质量，影响观众的观看体验。实际上，摩尔纹是一种由于差拍导致的光学干涉现象，物理上，当两个频率相近的正弦波叠加时，叠加之后的波的频率为两个正弦波频率之差。由于不同数字拍摄场合LED大屏种类、摄像机型号不同，同时变化的因素过多，不方便用具体数学模型表达所有的摩尔纹，但
可以采用简化的数学模型进行分析，此处借鉴科学上对摩尔纹研究所采用的数学模型，目前科学上用于合成摩尔纹的方法一般为乘法摩尔纹。考虑两幅呈一维正弦分布的强度条纹图，两幅条纹在X方向频率分别为和，则其合成摩尔纹的光强表达式如图2所示。图2中的公式（1）是两幅初始光强叠加之后的差频相，其中，、2 摩尔纹形成的数学模型摩尔纹作为一种光学现象，已经被越来越多的人重视，目前，摩尔纹已成为一种强有力的计量工具并广泛应用于三维形貌测量、医学、光刻技术、透镜焦距测量和光学检测等科学研究和工程技术领域。但是，在数码摄像
图2
图1 以LED大屏为背景拍摄时画面
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《有线电视技术》 2019年第5期 总第353期
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技术图3 两组频率相近的栅线叠加产生摩尔纹的画面
图4 摩尔纹的形成
分别为倾斜因子和调制因子，叠加后，产生了一组频率为两组源栅、分别为两幅初始条纹的初始相线频率之差的栅线，这也从栅线叠加位。的角度说明了摩尔纹产生的原理。
由于大屏发光点阵与摄像机感光元器件上的像素点是离散，无法用连3 数字摄像领域摩尔纹产生 续的正弦波来表示，但无论是大屏发机制与影响因素光点阵还是像素点，其空间的排列方式都具有一定的空间频率，所以公式下面对在数字摄像领域，特别是（1）在表达以大屏为背景摩尔纹的形在以LED大屏为背景时摩尔纹的产生成上也有一定的参考价值。图3所示原理及其影响因素加以分析。
为两组频率相近的源栅线叠加后的画3.1 摩尔纹的产生机制
面，从画面中可以看出，两组源栅线
摩尔纹其实是物理叠加原理所产
前沿生的一种现象，如图4所示，实际也就是不同物体之间发生了波形干涉现象，在数字摄像领域，由于感光元器件（CCD、CMOS）排列方式具有一定的空间频率，而这个空间频率与感光元器件的分辨率有一定的关系。所以，当拍摄的对象具有与感光元器件接近感光元器件的频率时，就容易出现摩尔纹。同时，当拍摄对象的频率高于感光元器件的空间频率时，也容易出现摩尔纹，这是因为当拍摄对象的频率高于感光元器件的空间频率时，感
光元器件无法解析出图像的高频部分，导致感光元器件能够解析的图像频率与自身空间频率接近，这样摩尔纹也容易出现。LED大屏是由发光点阵组成，发光点阵之间有许多不发光区域，发光点阵发光照亮不发光区域，这也是LED大屏的发光原理。由于这种发光原理，LED大屏具有了一定的空间频率，所以在拍摄以LED大屏为背景的拍摄对象时，很多时候会出现摩尔纹。
理想情况下，当摄像机的感光元器件的分辨率与镜头的解像力（分辨率）具有以下关系，即镜头的解像力
乘以放大倍数远小于感光元器件的分辨率时，不会出现摩尔纹。但在实际中，镜头分辨率往往超过感光元器件的分辨率，这也是摩尔纹容易形成的原因。
3.2 以LED大屏为背景时摩尔纹形成的影响因素
与摩尔纹形成相关的客观因素主要包括拍摄对象的空间频率（这里主要是LED大屏的空间频率），镜头的解像力，镜头的放大倍数，感光元器件的分辨率等。下面就以上几个因素进行分析。
一般来说，对于特定的拍摄场景，
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技术前沿需要拍摄的对象与背景是很难改变的，光元器件的分辨率，日本松下公司采这意味着拍摄对象的空间频率无法改用这种方法有效地抑制摩尔纹的产生，程操作不具有指导意义。
另外，改变摄像机的角度、位置、变。
但也不能完全消除摩尔纹；另外一种镜头的作用是为拍摄对象成像，方法是采用精度更高的感光元器件，成像的好坏决定了最后拍摄出的画面使其分辨率远高于镜头的分辨率，这好坏，判断镜头还原拍摄对象能力的样能从根本上消除摩尔纹，但是成本物理参数是镜头的解像力，也就是通太高。
常所说的镜头的分辨率。当拍摄对象（3）通过LED大屏技术的更新，确定之后，高分辨的镜头能够较真实消除摩尔纹，随着LED大屏技术的不的还原拍摄对象，这也就意味着高分断发展，其点阵的距离越来越小，精辨的镜头能够解析具有高空间频率的度越来越高，这样能够有效地抑制摩拍摄对象并将其传递到感光元器件上。
尔纹的产生；另外，在LED屏幕前加当镜头采集的图像信息传递到感一层光学处理膜也能够有效的抑制摩光元器件上后，感光元器件通过光电
尔纹的产生，光学处理膜能使LED屏
转化将光信号转化为电信号进行传递。幕发光区域与不发光区域过渡更加圆由于感光元器件的分布并不是连续的，滑，使LED大屏更像是一整块发光区所以存在一定的空间频率，当感光元域。
器件的空间频率与镜头所采集的图像（4）通过光电转化差值算法的改的空间频率接近的时候，就容易出现进消除摩尔纹，由于产生摩尔纹的往摩尔纹。
往是图像的高频部分，那么采用低通4 消除或者减轻摩尔纹的方滤波的方式可以有效消除摩尔纹，但法及其原理是这种方法会降低图像的锐度，影响图像的质量。
摩尔纹的出现会降低数字视频的（5）在摄像机内采用低通滤波的质量，影响观众的观看体验，所以消方式去掉图像中的高频部分。
除或者减轻莫尔条纹对数字视频拍摄（6）拍摄过程中将LED大屏背具有重要的意义。
景虚化也能够有效消除拍摄过程中摩摩尔纹的消除或者减轻方法主要尔纹的出现。这个方法的原理是LED包括以下几个方面。
大屏放置于后景深后方时，镜头无法（1）后期处理，后期处理的方法在可分辨的对比度下解析LED大屏上是将带有摩尔纹的视频录下来后经过的点阵，LED大屏的发光点与不发光后期视频技术的处理从而达到消除摩区域的对比度低于了摄像机可识别的尔纹的目的，这种方式比较适用于录范围，从而将大屏识别为一整块发光播播出，但对于直播，这种方式实用区域，达到了消除摩尔纹的目的。
性不强。
（7）先进的光电转化差值算法能（2）提高感光元器件的分辨率，够有效抑制摩尔纹，但对于实际拍摄，提高感光元器件分别率的方法包括两采用的摄像机确定之后，摄像机内置种：一是通过CCD偏置技术，提高感
的差值算法也已经确定，对于实际工
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焦点、镜头焦长、光圈也能在一定程度上消除或抑制摩尔纹。这些消除摩尔纹的方法主要是从两个方面入手:一个是改变景深；另外一个是改变了投射到摄像机感光元器件图像信息的空间频率。
5 总结本文主要对以LED大屏为背景时摩尔纹的产生机制进行了分析，给出了摩尔纹的数学模型，对莫尔条纹产生的影响因素进行了分析，最后对消除与减少摩尔纹的方法进行了总结与分析，并得出以下结论。
（1）彻底消除摩尔纹最根本的方
法是提高感光元器件的分辨率。
（2）在实际工程应用中，受到成本与技术的限制，出现摩尔纹时，可行的方法包括，改变摄像机的角度、位置、焦点、镜头焦长、光圈，同时适当降低LED大屏的亮度也能在一定程度上减少摩尔纹。
（3）实际操作中，最好能在拍摄前确定合适的拍摄距离，将LED大屏置于拍摄的后景深后方，这样能够有效消除摩尔纹。
拍摄前，理论上我们可以通过LED大屏点阵间距与镜头的放大倍数（一般来说，广播级摄像机镜头的分辨可以完全解析LED大屏上的点阵）以及所有摄像机感光元器件的分辨率来推测在实际拍摄过程中是否会出现摩尔纹。如果发现可能出现摩尔纹，在条件允许的情况下可以更换配有更高分辨率的感光元器件的摄像机,如4K、8K摄像机。CATV
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