莫列波纹 :莫列波纹

更新时间:2024-09-21 10:24

莫列波纹(英语:Moiré pattern),又译为摩尔纹、莫尔条纹、叠纹、水状波纹,是一种在栅栏状条纹重叠下所产生的干涉影像。这种现象在数码照相机扫描仪等设备上,感光元件出现的高频干扰的条纹,通常表现为彩色的高频率不规则条纹,因其不规则性,没有明显的形状规律。

字源

莫列波纹来自法语:moiré,是一种纺织品,它的纹路类似于水波。最早这种纺织品是由丝作成,后来也用棉线或人造纤维来呈现相同的效果。

原理

莫列波纹的产生是当感光元件像素的空间频率与影像中条纹的空间频率接近时,可能产生一种新的波浪形的干扰图案。传感器的网格状纹理构成了一个这样的图案。当图案中的细条状结构与传感器的结构以小角度交叉时,这种效应也会在图像中产生明显的干扰。这种现象在一些细密纹理情况下,比如时尚摄影中的布料上,非常普遍。莫列波纹可能通过亮度也可能通过颜色来展现。消除这种干扰的措施之一是在传感器前使用抗混叠滤镜(也称为低通滤镜),然而这种滤镜会降低镜头的分辨率。因此,在这个问题上,必须要在莫列波纹以及分辨率之间做出取舍与妥协,不同型号相机的问题严重性不一,选择也不一样。

计算

考虑两组由平行且等距之线构成的工程图。第一个图样线距p,第二个线距则为,并有。

假如图样的线重叠于左侧,则线之间的位移随着往右而加大。给定数值支线以后,图样相反了:第二个图样之线位于第一个图样线之间。从远距离观察,当线重叠时看起来空白,线‘倒反’时看起来暗。第二个图样第n线与第一图样第n线相比,移动了。于是,第一暗区的中央为: 即

一暗区与一亮区之间的距离d为

两暗区(同时也是两亮区)之间距离

由此公式,易见: 线距愈大,亮区与暗区之间距离越大。线距之差愈大,亮区与暗区愈近。

平行图样中的摩列

几何手法

两幅图样以画面横轴的中心点为准重叠透过重叠两相似图样(转动α度)得到之摩列。当两相同线距p之图样,但有第二个图样转动α度时,从远处看,我们可见到暗纹与亮纹:亮纹相当于节线。即,通过两图样交叠处的线。考虑"网"之单位格,易见单位格为菱形:其为四边边长d=p/sinα之平行四边形;(我们可得一斜边为d之三角形且α角之对边为p)。亮纹相当于菱形之短对角线。因对角线为邻边之垂直平分线,易见亮纹与垂直于各图案的线构成一等同于α/2的角度。更进一步,两亮纹之间距离为D,长对角线之一半。长对角线唯一直角三角形之直角对边,且直角邻边为d(1+cosα)和p。由毕氏定理得(2D)^2=d^2(1+cosα)^2+p^2,即(2D)^2=p^2·((1+cosα)^2/sin^2α)+p^2=p^2·((1+cosα)^2/sin^2α+1)。从远处看,(2D)^2=2p^2·(1+cosα)/sin^2α或D=p/2/sin(α/2)。如α极小(α\u003cπ/6),可做以下近似:sinα≈α,cosα≈1,于是D≈p/α。可见,α愈小,亮纹愈远;当两工程图平行时(α=0),亮纹间距离为"无限"(无亮纹)。

数学方程手法

于此节中我们将给出一个数学上的实例,与其中一种得出图样与摩列效应可以数学表示的方法。考虑两几乎一样,正弦曲线相关之灰阶图样重叠“打印”。先将其一印于纸上,第二个重叠于上且座标轴对齐。我们可以f=1/2+sin(kx)/2表示纸面上对一给定座标轴(举例,x轴),对距离的正不透明度方程。k为强度周期/单位距离,表示图样灰阶强度的周期变动。考虑以下周期变动有细微差异的两工程图:f1=1/2+sin(k1x)/2和f2=1/2+sin(k2x)/2,使得k1≈k2。二方程之平均值,同时也表示重叠图像,如下给出:f3=1/2+(sin(k1x)+sin(k2x))/4=1/2+sin(Ax)cos(Bx)/2。易见A=(k1+k2)/2且B=(k1-k2)/2。此方程平均,f3,明显位于[0,1]之间。有鉴于A为k1与k2之平均且近于两者,摩列效应可distinctively demonstrated by the sinusoidal envelope "拍频"方程cos(Bx),其周期变动为k1及k2之差的一半("慢"许多)。

意义与应用

打印全彩图案

于图像艺术与印前,打印全彩图像需借助半色调屏幕的重叠。有些无法避免的莫列波纹是可接受的,因其十分"紧致";即,其空间频率高到难以察觉。有些印前作业借由选定角度与半色调频率来避免。莫列波纹的可见性不易预测,相同的屏幕对不同影像,成效不同。于制造业中,波纹被用来研究材料的微观形变。

电视屏幕与照片

当电视中人物穿戴有特定工程图或纹路的服装时会产生莫列波纹。移动时莫列波纹十分易见。也是因为如此,主播或其他相关从业人员皆会注意,避免穿着造成效应的服装。用数码相机拍摄电视屏幕也经常有莫列波纹。电视屏幕与数码相机皆用水平扫描线捕捉影像,因此导致莫列效应。将数码相机对电视做30度倾斜可避免效应。

海洋探勘

莫列效应也经常用于海岸警示 (通常有关管线或缆线)。莫列效应会产生指向危险的态射,当指示器经过危险处时,警示的箭头在转换方向前会先呈垂直带状。

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纸钞

许多纸钞采用波浪或螺线设计,以利用数位扫描仪产生莫列工程图的倾向防止伪造。

参考资料

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