現有作為電視臺新聞或綜藝演播室背景的LED顯示屏顯示點間不發光面積大,亮度高,近距離觀看效果差,炫目,成像效果不好,會出現類似水波紋一樣的摩爾紋。尤其在以攝像機特寫、近景拍攝時,畫面會出現嚴重的摩爾紋現象,且會閃爍,因此現有的LED顯示屏作為電視演播室,特別是新聞演播室場景顯示存在技術難點,影響了LED顯示屏在演播室的推廣使用。
例如下面攝像機拍攝的圖像上就明顯出現了摩爾紋現象。
一、產生摩爾紋的原理
在數碼影像中,如果主體中有密紋的紋理,常常會出現莫名其妙的水波一樣的條紋和奇怪的色彩,這就是摩爾紋(moiré)。無論是用高級數碼攝像機拍攝的影像,或是掃描的影像,均有可能出現該現象。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,可產生此現象。如果兩個圖樣重疊,通常會產生另一種新圖樣。這種新圖樣通常叫作摩爾波紋。
圖中的紅/藍條紋是由兩種網格組合形成,這就是摩爾波紋
注意衣服上的紅/藍條紋(它應該是純灰色)
簡單的說,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??臻g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(CMOS)像素的空間頻率與影像中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。低通濾波器其實就是一個表面不是很光滑的透明薄片,作用就是把圖像做一點點(非常非常輕微)的模糊,這樣可以減少大部分照片畫面中可能出現干擾條紋(摩爾紋)的情況。
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,所以也不會出現摩爾紋!
二、LED顯示屏摩爾紋產生的原因
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,亮度高,形成了類似pattern1的圖像。當用成像元器件為CCD或是CMOS的攝像機拍攝時,攝像機形成了類似pattern2的圖像,兩者重疊,就形成了摩爾紋。
三、減輕或消除摩爾紋的辦法
通常對于摩爾紋的處理,可采用以下辦法:
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波紋,稍微改變攝像機的角度(通過旋轉攝像機)可以消除或改變存在的任何摩爾波紋。
2、改變攝像機位置。此外,通過左右或上下移動來改變角度關系,可以減少摩爾波紋。
3、改變焦點。細致圖樣上過于清晰的焦點和高度細節可能會導致摩爾波紋,稍微改變焦點可改變清晰度,進而幫助消除摩爾波紋。
4、改變鏡頭焦長??捎貌煌溺R頭或焦長設定,來改變或消除摩爾波紋。
5、用軟件處理,消除最終影像上出現的任何摩爾波紋。
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,就存在技術問題。因此,必須尋找一種方法來適應電視拍攝直播的需求。
四、OM-LED顯示屏消除摩爾紋的辦法
針對LED顯示屏固有的排列一致的點陣結構,OM-LED顯示屏通過對LED顯示屏驅動電路的深化設計、獨有的控制系統軟件的配合,在LED顯示屏表面疊加光學膜,改變LED顯示屏的表面物理結構,光學膜對離散的LED光點進行放大顯示,使LED發光時在由點發光變成面發光,屏幕的空間頻率發生變化,最終在光學膜表面形成連續的高清晰圖像,達到消除減輕摩爾紋的目的。經過處理使攝像機在任何角度、任何位置、任何焦距都可以拍攝出不產生摩爾紋的還原圖像。
技術解決方案:
1、 驅動電路的深化設計;
2、 獨有的控制系統軟件;
3、 在LED顯示屏發光管表面固定一層光學膜;光學膜選用特定比例的膜材料,使其在透光型、色調等方面滿足電視攝像要求;發光管所發出的光經光學膜吸光處理、濾除雜光,通過膜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。
五、OM-LED顯示屏優點
1、 變焦、特寫拍攝無摩爾紋;
2、 畫面清晰、柔和、細膩;
3、 無抖動、水波紋、屏閃等不良現象;
4、 色彩逼真、圖像還原效果好;
5、 整屏亮度一致;
6、 低灰度表現優異,無馬賽克現象;
7、 在各種光照環境下達到色溫一致。
六、OM-LED顯示屏與普通LED顯示屏的拍攝對比
1、 目的:
通過對OM-LED顯示屏與普通LED顯示屏靜態、動態圖像的拍攝還原,對比兩種顯示屏在特寫、近景、遠景拍攝,在不同的拍攝角度的圖像還原表現,體現OM-LED顯示屏在各種場景、各種拍攝角度消除摩爾紋的優異性。
2、 拍攝條件:
顯示屏類型:P4表貼三合一、屏幕分辨率256W*128H(由兩個箱體組成,其中一個箱體為OM-LED屏,另一個為普通屏),顯示屏亮度為20%(原亮度為1800CD/M2)
攝像機型號:池上KH-388
鏡頭型號:富士 J5a×8B4
3、 對比項目:
1) OM-LED顯示屏與普通顯示屏在特寫、近景、遠景的圖像還原表現;
2) OM-LED顯示屏與普通顯示屏在特寫、近景、遠景的圖像消除摩爾紋的表現;
3) OM-LED顯示屏與普通顯示屏在90°、30°、15°拍攝的圖像表現
4、 測試圖像及結論
1) OM-LED顯示屏與普通顯示屏在特寫、近景、遠景的圖像還原
靜態圖像測試參數
靜態圖像測試
近景鏡頭
遠景鏡頭
以上為靜態圖像的拍攝還原效果
(攝像機距離LED顯示屏3M)
靜態圖像參數
特寫鏡頭
近景鏡頭
遠景鏡頭
以上為靜態圖像的拍攝還原效果
(攝像機距離LED顯示屏5M)
結論:1、OM-LED顯示屏在特寫、近景、遠景的圖像還原一致;普通LED在特寫、近景時圖像失真,顆粒感強,近景,遠景時存在摩爾紋現象。
2、OM-LED對亮度、清晰度不產生影響。
2) 動態圖像的拍攝還原
動態圖像參數
特寫
近景鏡頭
遠景鏡頭
動態圖像參數
特寫鏡頭
以上為靜態圖像的拍攝還原效果
(攝像機距離LED顯示屏3、5M)
結論:在動態拍攝中,OM-LED顯示屏在圖像還原表現很好,消除摩爾紋,普通LED在特寫時失真,近景時存在嚴重摩爾紋現象,遠景時也存在摩爾紋現象。
3)不同角度拍攝的圖像還原
參數
動態圖像的正面拍攝還原效果
參數
靜態圖像
動態圖像
以上圖像的30度拍攝還原效果
參數
摩爾紋嚴重
色彩失真
條紋明顯
以上動態圖像的15度拍攝還原效果
(攝像機距離LED顯示屏5M)
結論:OM-LED顯示屏 在90、30、15度的拍攝角度上,表現優異,而普通LED不管在靜態或動態畫面的拍攝還原均不如OM-LED的表現,特別在15度的表現上,不僅摩爾紋嚴重,而且出現了顏色失真、條紋等現象,基本不能采用。這是OM-LED顯示屏敢于標明視角達到170度的指標。