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勢。近年來，LED顯示屏開始應用于電視綜藝演播室，逐漸成為舞臺主流顯示設備。但是，在長期的使用過程中會發現，當攝像機鏡頭對準LED顯示屏時，偶爾會出現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象。那摩爾紋究竟是怎么產生的呢?
1 LED顯示屏摩爾紋的產生原理及其影響
1.1 摩爾紋的產生原理
當兩個帶有空間頻率的圖樣重疊，通常會產生另一種新圖樣，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陣式發光管組成的，整個顯示屏不發光面積大，形成了網格狀的圖樣，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。從數學上講，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。差拍原理廣泛應用到廣播電視和通信中，用來變頻、調制等。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，重合位置會逐漸偏移，也會形成差拍。
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，就會產生摩爾紋。要想消除摩爾紋，應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，影像中不可能出現與感光元件相近的條紋，也就不會產生摩爾紋了。有些數碼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。如果將來的數碼攝像機像素密度能夠大大提高，遠遠超過鏡頭分辨率，也不會出現摩爾紋。
膠片記錄影像的過程中不存在規律分布的像素，也就沒有固定的空間頻率，也不會出現摩爾紋。所以摩爾紋現象是電視攝像數字化后帶來的問題。
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光黑區。現有作為演播室背景的LED顯示屏像素間不發光面積大，發光點亮度高，成像效果不好，近距離觀看炫目，會出現摩爾紋。尤其在以攝像機拍攝時，畫面會出現嚴重的摩爾紋現象且閃爍。
從圖1可以看到，LED顯示屏在拍攝時出現了一些不規則的彩色紋路，不能真實地還原原來的圖像，嚴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、可應用的面積大、無縫拼接、價格低等的優勢末能體現。
2 減少摩爾紋的常用方法
如何避免或減少摩爾紋現象呢？一般有以下幾類方法：
2.1 CCD像素偏置技術
近幾年，摩爾紋現象得到攝像機廠家越來越多的重視，日本松下公司就通過CCD像素偏置技術來減少摩爾紋的產生。
由于CCD的靶面是點陣排列的，不是連續的面，所以當圖像的空間頻率（例如LED大屏幕的空間頻率）超出了CCD的空間頻率時，就容易產生摩爾紋現象。簡單來說，就是由于圖像細節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CCD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CCD陣列中的像素數，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CCD像素偏置技術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。當采用像素偏置技術時，綠色CCD和紅藍CCD將取得不同點的圖像信息，經過DSP數字信號處理之后，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信息則無法得到）；而不采用像素偏置技術，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，無法連續成一個面。
2.2攝像機調整
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）改變攝像機角度。由于攝像機與LED顯示屏的角度會導致摩爾紋，稍微改變攝像機的角度（通過旋轉攝像機）可以減輕或消除摩爾紋。
（2）改變攝像機位置。通過左右或上下移動來改變角度關系，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
既然摩爾紋現象是由LED顯示屏的固有結構產生的，如果使摩爾紋產生的條件—LED顯示屏的網格結構或是攝像機CCD(CMOS)的網格結構的其中之一消失，理論上就可以*消除摩爾紋干擾。
要使LED顯示屏或攝像機的顯示為一個面，而不是網格狀，受限于攝像機CCD的分辨率，現有技術很難實現。那么，能不能在LED顯示屏上做文章呢？
有研究發現，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發光點進行放大顯示，改善LED顯示屏的表面物理結構，使得LED顯示屏由點發光轉換成面發光，zui終在光學處理幕表面形成連續的高清晰圖像，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生摩爾紋的圖像。目前，國內外一些廠家已掌握了相關技術。
3.1 光學處理幕技術解決方案
在LED顯示屏發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、色調等方面滿足電視攝像要求。
發光管發出的光經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整體面光，消除了LED發光管的網格效應。
3.2 光學處理幕的技術特點
3.2.1 產品特性
(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，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，化學穩定性好，無放射、輻射傷害；
(2)實現了超大尺寸屏幕無縫物理拼接，拼縫處光學無陰影；
(3)*的表面涂層處理技術，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，內置的導光顆粒將光源向光學處理幕表明傳播，優化圖像亮度。
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，不會出現摩爾紋干擾現象（如圖8所示）。
4 光學處理幕技術的應用
在消除摩爾紋干擾的基礎上，光學處理幕在圖像還原上也體現了一定的優勢，具體表現上：
（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°。
經過多年的研發和改進，光學處理幕技術已經應用于國內電視臺的演播室、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，之后陸續在*、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。文/深圳LED基地（公眾號：深圳LED基地）
