審稿：吳寶俊
理論物理博士
生活中，大家可能都有過這樣的體驗：
拍照之前攝影師千叮嚀萬囑咐儘量不要穿條紋的衣服。
斑馬：所以是不給我照相了嗎
如果電視節目主持人的衣服上有條紋圖案，在移動時觀眾們往往能看到一些動態的條紋，長時間盯著屏幕看還可能給人一種暈眩感。
小姐姐挺酷的，為啥衣服看起來有點讓人頭暈呢
上課想拍下老師ppt的內容，卻發現用手機拍攝電視或電腦屏幕時，也總會出現一條條不斷變化的討厭條紋。移動手機位置時，條紋還會跟著發生不規則的變化，這些魔性的條紋，簡直是影響了我們向學霸進階的步伐啊。
拍攝電腦顯示器時產生條紋
這些令人眼花的場景，其實是對應了一種叫摩爾紋的東西。
前面提到的這些現象便都是摩爾紋在生活中的實例。那麼摩爾紋是怎樣產生的？我們又可以通過哪些途徑減輕或消除摩爾紋的影響？它在其他方面又有什麼應用？今天，我們就來一場摩爾紋大揭秘。
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摩爾紋如何產生？
摩爾（Moiré）是一個法語單詞，原指古代法國人從中國進口的絲綢上的水波條紋。
這類條紋圖案有一個特點，就是每隔一段距離，完全相同的圖案就會重複一次，我們把這種特點稱為周期性，兩個相同圖案之間的距離就叫做周期。
周期越大，條紋看起來越稀疏；周期越小，就越密集。
摩爾紋十分類似物理中的幹涉現象，要想產生摩爾紋，最關鍵的一點就是要有兩個都具備周期性的圖案，且二者的周期比較接近，比如這樣：
摩爾紋產生示意動圖
當這樣兩個周期相近的圖案疊加到一起時，就會產生周期更大的圖案，如果你仔細觀察，會發現新產生的圖案的周期是原來兩個圖案周期的最小公倍數。
下面，我們就用幾張圖來形象地理解一下摩爾紋形成的原理。
假設有兩個周期只有很小差異的條紋，它們最左端的黑色線條開始位置相同，可以完全重合，但由於間隔不同，向右看去二者的線條逐漸就不能重合了。
摩爾紋形成圖一
按理說周期小的條紋會越來越遠，差距越來越大。然而，由於兩個圖案有周期性，當周期小的圖案中的某一個條紋與大周期圖案相同位置的條紋相差更遠時，意味著它與大周期圖案中前一個條紋離得越來越近。
隨著我們向右看，會發現上下兩個圖案之間的差距先是越來越大，然後又越來越小，形成了更大的變化周期。
摩爾紋形成圖二
如果兩個條紋的頻率差異再稍微擴大一些，就能形成密集程度不同的摩爾紋了。
摩爾紋形成圖三
摩爾紋形成圖四
可不要以為摩爾紋只會在條形的圖案裡出現，只要具有周期性，不管密密麻麻的點，還是排列整齊的方格子，甚至是一圈圈圓環都能形成摩爾紋。
二維周期圖案也能形成摩爾紋
更讓人想不到的是，經過精心的設計，兩個看起來再尋常不過的周期圖案疊加在一起竟能形成造型獨特的摩爾紋。
還有些設計師會把圖案和文字藏在密密麻麻的周期圖案中，只要在上面覆上帶周期圖案的透明板，被「加密」的信息就會顯現出來。
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為啥拍攝屏幕時會出現摩爾紋？
講到這裡，一定有小夥伴會問，既然摩爾紋是由兩個周期有差異的圖案產生，那為什麼用手機拍攝顯示屏的時候也會產生摩爾紋呢？屏幕和手機上明明看不到有周期圖案的存在啊？
其實，顯示屏和攝像頭感光晶片都是由一個個小元件組成的陣列。
如果你放大顯示屏就會發現一個個由紅綠藍三色構成的顯示單元整齊地排列在一起，形成具有周期性的結構，像無數個小燈泡一般。這些小燈泡按照要求亮起，在人眼看來，就能呈現出各種畫面。
放大後的顯示屏
攝像頭的感光晶片則由一個個感光單元排列在一起，也具有周期性的結構。不過，晶片和顯示器的元件都十分的微小，換句話說就是周期極小，人眼根本無法將它們分辨出來。
放大後的CCD
不過當我們把攝像頭對向屏幕時，事情就不一樣了。
這時攝像頭與屏幕各自的周期結構會疊加在一起，形成周期更大的圖案，以至於可能會被我們的雙眼看到。於是，畫面中就出現了原本不存在的條紋。
為什麼我們在拍攝電腦顯示器、手機或LED屏幕時照片中會出現摩爾紋呢？
生活經驗表明，如果我們移動相機或手機的位置拍攝電子屏幕時，所產生的摩爾紋也會發生移動，但奇怪的是，它的移動方向可能跟我們相機或手機的移動方向並不相同，也不一定相反。
其實摩爾紋形狀如何變化要取決於它最初是怎麼形成的，也就是拍攝設備和被拍攝物體像素元件的最初相對排列方式。
以下圖為例，如果藍色線條代表被拍攝物體的一個像素元件排列取樣，黑色為手機相機的一個像素元件取樣。
摩爾紋的變動示意圖
假設我們將手機平行向右移動，其像素元件取樣由黑色線條平行移動至灰色線條，則二者的交點由A向下移動到了C處，因此摩爾紋的變化方向應該是向下，而非向右或向左。
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怎樣減輕或消除摩爾紋
既然摩爾紋的存在經常會影響我們對錄像或照片的觀看體驗，甚至阻擋了我們好好學習進階學霸的步伐了，我們也可以根據其形成原理想辦法減輕或消除摩爾紋。
首先，在拍攝設備解析度上做文章。前面我們已經提到，只有當拍攝設備與被拍攝物體中感光原件的頻率滿足一定條件時才能產生摩爾紋，而照相機或攝像機等設備中的感光元件的空間頻率與其解析度有一定的關係，我們就可以想辦法調整設備解析度來消除摩爾紋。
當鏡頭的解析度遠小於感光元器件的解析度，也就是提高鏡頭的像素密度時，就不會出現摩爾紋，但遺憾的是，現實中鏡頭的解析度往往高於感光器件的解析度。
因此，在現實生活中，有些攝影師會在傳感器前方安裝一塊特殊的低通濾鏡，它就是用來消除影像中的高頻部分，使得傳感器的空間頻率要高於拍攝物體，從而減緩摩爾紋的產生。
其次，依靠強大的後期製作消除摩爾紋。
這種方式只適用於拍照或錄播節目時使用，我們可以藉助相關的圖像處理軟體對拍攝的視頻或圖像信號進行後期的數位化處理，來消除拍攝素材畫面中出現的摩爾紋。
但這種方式對直播節目和大部分沒有專業技術的人來說就很困難了，而且耗費的成本也較高。
利用後期技術消除摩爾紋
最後，運用一定的拍攝技巧。假如我們的設備並不能滿足相關要求，也沒有專業知識進行後期處理，那就在拍攝時運用一些小技巧，來儘量減輕摩爾紋的影響吧。
比如當電腦屏幕在我們的拍攝中只作為背景存在時，我們可以採用大光圈或景深模式等來暗化和模糊化屏幕，減少成像中的摩爾紋。
但如果我們就是要拍攝屏幕上的內容，就只能靈活調整拍攝角度和位置，調節相機的焦距，改變對焦點的位置，儘量減輕摩爾紋的影響。
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生活中的摩爾紋
其實，不僅僅是在拍攝屏幕時我們才可以看到摩爾紋，在拍攝密集條紋形狀的衣服時，相機成像元件和衣服紋路圖像也有可能重疊而產生摩爾紋。
而且由於太陽光等白光是各種顏色的複合光，還可能產生彩色的摩爾紋條紋。甚至在拍攝玻璃窗戶、大樓、電梯時都可能看到它們的身影。
拍攝大樓時產生的摩爾紋
但其實摩爾紋也不只是給人們的攝製帶來不便，它也有一些應用，比如紙鈔上的防偽技術就應用了摩爾紋的相關原理，感興趣的小夥伴也可以去研究一下噢~
眾多國家在紙幣上加入了摩爾條紋的元素用於防偽
原標題：拍照時為什麼儘量別穿條紋的衣服？摩爾紋大揭秘
來源：數字北京科學中心
編輯：Dannis