led發(fā)光二級管中布爾紋的分析與研究

led發(fā)光二級管中布爾紋的分析與研究

0led電子顯示的應用近年來，綠色光束處理技術(shù)發(fā)展迅速。它在光刻性高、功耗低、小型問題等方面迅速而應用于多個領(lǐng)域。LED電子顯示屏優(yōu)點多多，是微電子、計算機、信息處理等多項先進技術(shù)集于一體的綜合產(chǎn)品，其特點是色彩飽和度高、動態(tài)范圍廣、顯示亮度高、使用壽命長、工作持久穩(wěn)定。但是LED顯示屏在具備優(yōu)良顯示特性的同時，在數(shù)字攝像機拍攝的畫面中經(jīng)常產(chǎn)生摩爾紋，對畫面質(zhì)量產(chǎn)生嚴重影響1空間條紋疊加形成摩爾紋摩爾紋是在數(shù)字拍攝設備感光元件出現(xiàn)的，使畫面彩色高頻部出現(xiàn)不規(guī)則的條紋，并且沒有明顯的形狀規(guī)律。這種摩爾紋可能通過亮度也可能通過顏色來展現(xiàn)，如圖1、圖2所示。摩爾紋是差拍導致的光學干涉的一種表現(xiàn)：兩個頻率接近的等幅正弦波，疊加合成信號的幅度，按照兩個頻率之差變化。目前，一般用乘法摩爾紋數(shù)學模型，考慮兩組頻率相近，呈一維正弦分布的信號，在X方向頻率分別為f其中，I為初始正弦波疊加之后的差頻相，A(x,y)和B(x,y)分別為傾斜因子和調(diào)制因子，φ由發(fā)光點陣組成的LED大屏，跟攝像機感光元件上的相素點，雖然都是離散型的無法用正弦波表示，但它們的排列方式都是按照特定的空間頻率排列的?？臻g頻率接近的兩個視頻信號，疊加時部分重合嚴重，產(chǎn)生視覺上的分塊，即摩爾紋現(xiàn)象。而空間頻率差異較大的兩個視頻信號疊加，是不易出現(xiàn)規(guī)律的疊加部分的，因此摩爾紋現(xiàn)象反而不甚明顯，如圖3、圖4所示。可見，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。兩條線或兩個物體之間以恒定的角度和頻率發(fā)生干涉，當人眼無法分辨這兩條線或兩個物體時，只能看到干涉的花紋。當感光元件像素的空間頻率與影像中條紋的空間頻率接近時，可能產(chǎn)生一種新的波浪形的干擾圖案，傳感器的網(wǎng)格狀紋理構(gòu)成了一個這樣的圖案。所以，如果CCD或CMOS感光元件像素的空間頻率，與組成LED大屏的發(fā)光點陣空間頻率接近，拍攝畫面就會產(chǎn)生可見的摩爾紋。而拍攝畫面中的細條狀結(jié)構(gòu)與傳感器的感光結(jié)構(gòu)以小角度交叉時，這種交叉效應也會在圖像中產(chǎn)生明顯的干擾。如果間距為a的一組條紋和間距為b的組條紋，以θ為夾角進行重貼，它們將產(chǎn)生一系列的交點，如果這些交點之間距離較短，人眼無法分辨，連接起來就會形成比較明顯的摩爾條紋，如圖5所示。沿不同方向?qū)⒔稽c連接起來，就可以得到不同方向的摩爾紋寬度為：其中n為自然數(shù)。如果這個寬度達到人眼能識別，拍攝畫面也會產(chǎn)生可見的摩爾紋，如圖6所示。2或c融合了不同的政策頻率根據(jù)對摩爾紋原理的深入分析可知，摩爾紋是兩個頻率相近的視頻信號物理疊加，發(fā)生波形干涉，從而造成的視錯覺。在數(shù)字視頻領(lǐng)域，由于CCD或CMOS感光元件的排列有固定頻率，此頻率與感光元件分辨率相關(guān)，當拍攝對象具有與感光元件相近的頻率時，或者當拍攝對象的頻率高于感光元件的空間頻率，造成感光元件對圖像的高頻部分失去解析，從而造成感光元件所解析出的圖像頻率，和感光元件本身的空間頻率相似，這樣也會產(chǎn)生摩爾紋。由發(fā)光點陣組成的LED大屏，也具有一定的空間頻率，與攝像機感光元件空間頻率接相似時，拍攝出的大屏畫面出現(xiàn)摩爾紋成為常見的現(xiàn)象。3led大屏拍攝方法存在的問題基于摩爾紋的形成原理，想要消除摩爾紋，可以使鏡頭分辨率遠小于感光元件的空間頻率。此時，影像中不可能出現(xiàn)與感光元件相近的條紋，也就不會產(chǎn)生摩爾紋。同樣，如果像素密度能夠大大提高、遠遠超過鏡頭分辨率，也不會出現(xiàn)摩爾紋。技術(shù)角度上講，只有使摩爾條紋的寬度小于人眼能夠識別的最小寬度，使人眼無法察覺，或者使摩爾條紋的寬度大于觀看者的一般活動范圍，使觀看者無法看到，才能一定程度減弱摩爾條紋的不良影響，給予觀眾更好的觀看體驗。消除摩爾紋的措施主要有如下6個方面。(1）通過提高LED大屏發(fā)光點陣空間頻率解決。可以選用顯示精度高，點陣距離小的高端LED大屏，避免攝像機感光元件分辨率與大屏點陣空間頻率相近的問題。此方案缺點為大屏成本大幅提高。(2）通過在LED大屏顯示屏幕前加一層光學處理膜，能夠在一定程度上減小發(fā)光點陣亮區(qū)與暗區(qū)的亮度差，減弱大屏在攝像機畫面信號中的高頻功率，這與方法4中為攝像機加濾鏡類似，但卻只會降低拍攝畫面中大屏部分的分辨率而不會對畫面中大屏之外其他部分畫面的分辨率有影響，如圖7、圖8所示。(3）通過提高攝像機感光元件分辨率解決。采用精度更高的感光元件，令其分辨率遠遠高于鏡頭分辨率，則能從根本上消除摩爾紋現(xiàn)象，但這個方案會造成攝像機制造成本過高。在攝像機中采用過CCD偏置技術(shù)來提高感光元件分辨率，可以有效抑制摩爾紋的產(chǎn)生，但做不到完全消除，如圖9所示。(4）通過降低攝像機感光元件分辨率解決。避免與LED大屏發(fā)光點陣空間頻率相近，可以在傳感器前使用抗混疊濾鏡（也稱為低通濾鏡），濾除影像中高頻部分，然而這種濾鏡會降低鏡頭的分辨率，使拍攝畫面損失銳度。同樣，也可以在攝像機的信號預處理模塊內(nèi)，利用低通濾波電路去掉圖像信號中的高頻部分。在這個問題上，必須要在摩爾紋以及分辨率之間做出取舍與妥協(xié)。(5）通過在拍攝過程中利用一些拍攝技巧，盡量減輕成像畫面的摩爾紋。多數(shù)情況下LED大屏作為圖像背景出現(xiàn)，此時可以調(diào)整鏡頭參數(shù)選用亮度濾鏡，同時調(diào)整加大光圈，從而減小鏡頭景深效果，使位于畫面縱深方向后部的LED大屏分辨力大幅下降，形成背景虛化效果。此時，LED大屏發(fā)光點陣亮部區(qū)域與暗部區(qū)域的亮度對比度，低于了攝像機識別范圍，從而使整塊大屏成為亮度較均勻的整體發(fā)光區(qū)域，進而消除了摩爾紋效應。當LED大屏并非作為背景，而是作為畫面主體出現(xiàn)，此時就不能以降低大屏畫面清晰度為代價消除摩爾紋。根據(jù)摩爾紋成因分析，可以通過改變LED大屏在感光元件成像的空間頻率來嘗試抑制摩爾紋效應?？梢造`活調(diào)整拍攝角度、位置、焦點、光圈等參數(shù)，綜合調(diào)整拍攝方式，達到抑制減弱甚至消除摩爾紋的效果。(6）在后期制作環(huán)節(jié)，進一步對拍攝的視頻信號做數(shù)字化處理來消除素材畫面中的摩爾紋。在非直播節(jié)目的制作中，這種方法用于拍攝素材中受摩爾紋影響的低質(zhì)量畫面的補救，如圖10所示。4摩爾紋的消除技術(shù)本文針對演播室常用的LED大屏在拍攝畫面中經(jīng)常出現(xiàn)摩爾紋影響畫面質(zhì)量的問題，從數(shù)學原理角度分析了攝像機拍攝畫面中摩爾紋產(chǎn)生的原理及特性。針對原理又進一步深入探討了抑制消除摩爾紋現(xiàn)