[科普中國]-為什么用手機拍攝電腦時，屏幕會有“水波紋”？

相信每個人都有這樣的體驗，用手機拍攝電腦屏幕或其他電子屏，照片上經(jīng)常會有像“水波紋”一樣的圖案，放大或縮小照片，波紋的形狀也會隨之改變，非常影響照片效果。那么，“水波紋”是什么，它是如何產(chǎn)生的？

兩組空間頻率相近的柵線疊加呈現(xiàn)莫爾條紋原理圖（圖片由作者提供）

第一種“水波紋”其實是顯示器上一些亮點或亮線，它是由于手機拍攝的快門頻率高于顯示器刷新頻率而產(chǎn)生的。刷新頻率就是我們常說的物理單位赫茲，比如顯示器的刷新頻率是60赫茲，就是每秒刷新60次的意思。生活中我們用肉眼看到的常亮顯示器，實際上并不是它的“真面目”，它其實是由一張一張的圖片刷新出現(xiàn)的。而且，顯示器刷新并不是整個屏幕一起刷新，而是按照從左到右、從上到下的順序逐步進行，在某個瞬間顯示器只有一個或幾個亮點而已（因為一個亮點產(chǎn)生后會延遲一段時間才消失，即“余暉”）。

那為什么我們直接用肉眼看屏幕并不是一個亮點呢？這是因為人眼敏感度比較低，而屏幕的刷新速度非常快，很短時間之內(nèi)就掃描了整個屏幕。再加上人眼視覺暫留效應(yīng)，我們就會看到一整幅連續(xù)穩(wěn)定的畫面。但是，用手機拍攝時，由于快門頻率高于顯示器刷新頻率，就會捕捉到一些亮點或亮線，這就是我們看到的“水波紋”。

第二種“水波紋”的學名叫做莫爾條紋，是由空間頻率相近的兩組或多組線條相互干涉、重疊后產(chǎn)生的。下面，我們舉一個簡單的例子來解釋莫爾條紋的產(chǎn)生。比如在兩張透明塑料紙上分別畫一排豎線，上面那張每隔1mm畫一條，下面那張每隔1.1mm畫一條，然后將兩張紙重疊在一起。很容易發(fā)現(xiàn)，兩排豎線每隔11mm就會重合一次，形成與原豎線粗細相同的豎線，而其他豎線由于是部分重疊，將不同程度地變粗。細線重疊位置附近，露出的間隙較大，顯得明亮，而其他位置露出的間隙較小，顯得灰暗。這樣整張紙就形成了周期為11mm的明暗分布，明亮的部分更容易被眼睛感知到，從而形成條紋。當兩排條紋有一定夾角時，條紋傾斜，就會產(chǎn)生彎曲的“波紋”。

再回到我們的顯示屏幕問題上來，這時的莫爾條紋就是電腦顯示屏幕、手機攝像頭和手機顯示屏三者互相干涉的結(jié)果。當用攝像頭拍屏幕時，電腦屏幕上縱橫的像素網(wǎng)格相當于第一層線條網(wǎng)，手機攝像頭里的傳感器陣列相當于第二層線條網(wǎng)，手機顯示屏相當于第三層線條網(wǎng)，這三層網(wǎng)格大多數(shù)情況下并不會完全重合，所以拍攝到的圖案就有莫爾條紋了，即“水波紋”。

那么，有什么辦法可以淡化“水波紋”呢？有些手機會有“減少閃爍”的選項，可以把手機頻率調(diào)慢，或者調(diào)整攝像頭與顯示器之間的角度和距離，找到合適的位置，盡量避免或減弱莫爾條紋的影響，或者嘗試用截屏的方式獲得照片，這樣照片就會更清晰了。

另外，如果采用數(shù)碼相機來拍攝屏幕，那么只要將拍攝方式選擇“速度優(yōu)先”，并將快門速度調(diào)到低于屏幕的刷新間隔時間，而讓相機根據(jù)感光量而自動決定光圈大小，那么拍出的照片就不會出現(xiàn)“水波紋”了。與數(shù)碼相機相比，手機的拍攝功能是比較簡陋的，它只能根據(jù)被攝對象的亮度而自動增減曝光量。

本文由北京郵電大學計算機科學與技術(shù)研究專業(yè)副教授張忠寶進行科學性把關(guān)。