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为什么用手机拍 LED 灯或屏幕时，总会出现奇怪的条纹？

当你用手机拍摄夜晚的 LED 路灯、汽车的尾灯，或者是电脑显示器时，屏幕上经常会出现一道道不断滚动的明暗条纹，或者水波一样的彩色涟漪。这并非你的手机摄像头坏了，而是人类视觉系统的“视觉暂留”与数码相机“逐行扫描”机制之间发生的一场跨维度冲突。

这些条纹在光学和影像工程中主要分为两类：时间维度上的“频闪条纹”和空间维度上的“摩尔纹”。

一、 时间维度的冲突：PWM 调光与卷帘快门

你在拍摄 LED 灯或 OLED 屏幕时看到的那些不断上下滚动的明暗横纹，本质上是摄像头捕捉到了人眼看不见的“高频闪烁”。

1. 欺骗人眼的 PWM 调光

为了调节亮度或节能，绝大多数 LED 灯和 OLED 屏幕并不会真正“降低发光功率”，而是采用了一种名为 PWM（脉冲宽度调制，Pulse Width Modulation） 的技术1。 简单来说，就是让灯以极高的频率（通常每秒几百到几千次）在“全亮”和“全灭”之间疯狂切换。只要闪烁频率超过了人眼的“临界闪烁频率”（约 80Hz），人类大脑的视觉暂留（Persistence of Vision） 就会自动将其脑补成连续、柔和的光线。你的眼睛被骗了，但摄像头没有。

2. 卷帘快门（Rolling Shutter）的“逐行曝光”

现代手机摄像头普遍采用 CMOS 传感器，其工作方式并非像电影胶片那样“瞬间全局曝光”，而是采用卷帘快门（Rolling Shutter） 机制，即从上到下逐行扫描曝光2。 当快门扫描到第 1 行时，LED 灯恰好处于“亮”的状态；当扫描到第 10 行时，LED 灯刚好切换到了“灭”的状态；扫描到第 20 行时，它又“亮”了。最终合成的照片或视频中，就会忠实地记录下这种亮暗交替的时间差，形成肉眼可见的“频闪条纹（Flicker Bands）”3。

二、 空间维度的干涉：像素网格的“摩尔纹”

如果你拍摄的是 LED 显示屏或密集的织物纹理，画面上出现的往往不是滚动的横纹，而是静止的、水波纹状的彩色或黑白涟漪。这在物理学上被称为摩尔纹（Moiré Pattern）。

1. 两个网格的“空间干涉”

摩尔纹是一种典型的空间混叠（Spatial Aliasing） 现象4。LED 屏幕是由无数个微小的红绿蓝像素点阵（网格 A）排列而成的；而手机摄像头的传感器，也是由几千万个感光像素点（网格 B）排列而成的。 当这两个高频的“网格”重叠在一起，且它们的间距、角度或频率不完全一致时，就会发生光学干涉，产生一种全新的、频率更低的宏观波纹图案5。这就好比你把两张纱窗叠在一起并稍微错开一点角度，就会看到巨大的水波纹一样。

2. 为什么相机无法自动消除？

为了消除摩尔纹，专业的单反相机通常会在传感器前加装一块光学低通滤镜（OLPF），故意让画面产生极其微小的模糊，以抹平高频的网格干涉。但手机摄像头为了追求极致的“锐度”和“清晰度”，通常去掉了这块滤镜，导致摩尔纹在手机上尤为明显。

三、 如何消除这些“赛博条纹”？

弄明白了条纹的物理成因，你就能掌握一套降维打击的“摄影外挂”：

  1. 对付频闪条纹（调整快门速度）： 打开手机相机的“专业模式（Pro Mode）”，手动调整快门速度（Shutter Speed / S）。将快门速度调慢（例如调到 1/50 秒或 1/100 秒，使其成为交流电频率或 PWM 频率的整数倍），让传感器在曝光期间能完整覆盖 LED 灯的多个“亮-灭”周期，条纹就会神奇地消失。许多现代手机也内置了“防闪烁（Anti-flicker）”功能，会自动微调快门速度来匹配电网频率（50Hz 或 60Hz）。

  2. 对付摩尔纹（破坏空间干涉）： 既然摩尔纹是两个网格死磕的结果，你只需要改变拍摄角度（稍微倾斜手机）、改变拍摄距离（靠近或后退一步），或者手动改变对焦点（让屏幕稍微失焦变模糊），就能破坏两个网格之间的空间重叠频率，让水波纹瞬间瓦解。

LED 条纹现象的物理机制对比

条纹类型视觉表现物理成因核心冲突方
频闪条纹 (Flicker)明暗交替的横纹，在视频中会上下滚动时间维度的采样冲突PWM 高频闪烁 vs 卷帘快门逐行扫描
摩尔纹 (Moiré)静止的、水波状或彩虹色的涟漪图案空间维度的频率干涉屏幕像素网格 vs 传感器像素网格
果冻效应 (Jello)画面中的直线变弯曲、物体倾斜变形时间维度的运动延迟卷帘快门逐行扫描 vs 被摄物体的快速运动

下次当你用手机拍下舞台灯光或演唱会大屏，发现照片上布满了难看的条纹时，不必急着怪罪手机的算法。那只是你的摄像头过于诚实，它用冰冷的硅基传感器，无情地戳穿了人类视觉系统“视觉暂留”的浪漫谎言，并向你展示了光在时间微观尺度下跳跃的真实舞步。

脚注

  1. PWM 调光（Pulse Width Modulation）：脉冲宽度调制技术。LED 和 OLED 屏幕为了调节亮度并保持色彩准确性，通常不改变电压，而是通过极高频率的“亮-灭-亮-灭”交替来控制发光时间占比（占空比）。由于频率极高，人眼因“视觉暂留”只能感知到平均亮度，但高速快门下的摄像头能捕捉到其“灭”的瞬间。 ↩

  2. 卷帘快门（Rolling Shutter）：现代 CMOS 图像传感器普遍采用的曝光方式。与全局快门（Global Shutter）瞬间捕捉整个画面不同，卷帘快门是从上到下、逐行依次进行曝光和读取的。这种机制在拍摄高频闪烁的光源或高速运动的物体时，会导致画面不同区域记录的时间点不一致。 ↩

  3. 频闪条纹（Flicker Bands）：当卷帘快门的逐行扫描速度与光源的 PWM 闪烁频率不同步时，传感器在扫描某些行时恰好捕捉到光源“亮”，扫描另一些行时捕捉到“灭”，最终在图像上形成明暗相间的横向条纹。在视频录制中，这种条纹通常会表现为不断上下滚动的动画效果。 ↩

  4. 空间混叠（Spatial Aliasing）：在数字信号处理中，当采样频率低于信号最高频率的两倍（奈奎斯特采样定理）时，高频信号会被错误地折叠成低频信号。在摄影中，当屏幕密集的像素网格（高频信号）超过了相机传感器像素阵列的采样极限时，就会产生混叠，形成摩尔纹。 ↩

  5. 摩尔纹（Moiré Pattern）：一种由两个空间频率相近的周期性网格（如屏幕像素阵列和相机传感器像素阵列）重叠时产生的视觉干涉图案。哈佛大学的研究指出，这种干涉会产生一种全新的、宏观的低频波纹，其形状和颜色会随着两个网格的相对角度和距离的变化而剧烈改变。 ↩

参考资料

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