|
在不少90后的童年回憶中，都有一套名叫《冒險(xiǎn)小虎隊(duì)》的書，和一張神秘的“解密卡”。每當(dāng)小說扣人心弦的故事進(jìn)入高潮時，書頁上的下一段突然沒有了文字，而是出現(xiàn)一堆雜亂無章的條紋，“想知道接下來發(fā)生了什么？請取出解密卡”。  這張神秘的小卡片給很多人的童年帶來了快樂 覆蓋上這張?zhí)刂频男】ㄆ?，謎底就從無序的花紋中浮現(xiàn)出來，這到底是怎么回事？其實(shí)，同樣的現(xiàn)象你可能每天都會在生活中遇到——就在你掏出手機(jī)拍攝屏幕的時候。 這種現(xiàn)象就是摩爾紋（Moiré Pattern）效應(yīng)。  在生活中，我們常以這種煩人的方式與摩爾紋見面 摩爾紋從哪兒來 “摩爾紋”到底是什么呢？讓我們先從簡單的條紋講起。 在下面的圖中，我們會看到A和B兩個豎條紋圖案，它們看起來很相似，但條紋的頻率稍有不同——在這里，頻率用來描述空間維度。  下面，我們把A和B疊在一起。得到的結(jié)果C并不會讓你產(chǎn)生密集恐懼癥，反倒可以發(fā)現(xiàn)，圖案里細(xì)柵欄好像共同組成了一些巨粗無比的立柱。  兩個高頻率圖案的邂逅到一起，會“自甘墮落”，衍生出低頻率的圖案效果，這就是摩爾紋效應(yīng)。從數(shù)學(xué)上來說，兩個頻率接近但不同的余弦周期函數(shù)相乘，結(jié)果中會出現(xiàn)他們之間頻率差值的低頻周期信號。 當(dāng)然，這些高頻率圖案不一定非要是條形的。它們可以是密集的點(diǎn)陣圖案，也可以是密集的圓環(huán)，同樣都可以制造出摩爾紋效應(yīng)。   《冒險(xiǎn)小虎隊(duì)》書頁上的條紋和解密卡上的條紋就分別相當(dāng)于上面的A和B。其實(shí)原本書頁上打印的圖案里也包含著隱藏的文字，不過就像穿著迷彩服躲藏在樹叢中的士兵一樣，文字淹沒在了密集條紋之中，人眼難以察覺。解密卡使用之后，在低頻率摩爾紋映襯之下，原本隱藏的文字就暴露了出來。 照片里的魔性花紋 事實(shí)上，各種拍攝和顯示圖像的數(shù)碼設(shè)備普遍都是像素陣列結(jié)構(gòu)。無論電視電腦的屏幕，掃描儀投影儀，還是手機(jī)和數(shù)碼相機(jī)里面的傳感器，都是由一個個周期性的像素單元組成，它們都可以看成是高頻率陣列圖案。 而當(dāng)這些“高頻率陣列圖案”彼此組合，或者再遇上別的什么密密麻麻的細(xì)節(jié)圖像，各種魔性的摩爾紋效果就出現(xiàn)了。  照片中魔性的摩爾紋 而生活中最煩人的還是拍攝手機(jī)/電腦屏幕時的摩爾紋，它們不止花紋魔性，而且還五彩斑斕。 這奇怪的顏色是怎么回事？要解釋它，我們首先要了解一下數(shù)碼設(shè)備上彩色像素的組成。顯示屏上的每一個像素，實(shí)際都是由相鄰的紅、綠、藍(lán)三個像素組成，它們通過不同的明暗組合顯示色彩。  放大之后，顯示屏上的像素看起來是這樣的 | extremetech.com 這些像素尺寸和間距都很小，人眼并不能把它們區(qū)分開。但是，單獨(dú)排列的三色像素就意味著出現(xiàn)了三個不同的高頻率陣列。這樣一來，產(chǎn)生的摩爾紋就更加復(fù)雜了。 摩爾紋也是藝術(shù) 摩爾紋并不總是丑陋礙事的奇怪條紋，在藝術(shù)家與設(shè)計(jì)師手中，它們其實(shí)也有很美的一面。 日本平面設(shè)計(jì)師Takahiro Kurashima創(chuàng)作了一本書“Poemotion”，書上沒有完整成形的圖片，可只要覆蓋上條紋狀膠片，上下左右來回滑動，就能看到摩爾紋產(chǎn)生的奇幻效果，宛如紙上的游樂場。 而設(shè)計(jì)師John Leung則通過摩爾紋把靜止的圖像變成了一群游動的鯉魚。只要一邊移動視角，一邊透過帶有條紋的玻璃咖啡桌注視下方，就會看到魚群擺尾的景象。  'Magic carp-pet', johnleungdesign 意大利設(shè)計(jì)師Andrea Minini也腦洞大開，使用類似摩爾紋的曲線，為不同動物繪制了一系列抽象肖像“Animals in Moiré“, 表現(xiàn)出了精致細(xì)膩的美感。   圖中展現(xiàn)的分別是貓頭鷹，眼鏡蛇，蝙蝠和孔雀 | Andrea Minini 透過它，還能看到突破限制的細(xì)節(jié) 不只是“解密卡”或者“魔法鯉魚”，摩爾紋還有更加高端的應(yīng)用——比如說，可以用它來看清顯微鏡下十分微小的細(xì)節(jié)。 受摩爾紋啟發(fā)，科學(xué)家們發(fā)明了一種名叫“結(jié)構(gòu)光照明顯微成像” （SIM）的技術(shù)。它可以超越普通光學(xué)顯微鏡的限制，看清尺度更小的細(xì)節(jié)。這種顯微鏡的使用方法是：每次給樣本（比如微小的細(xì)胞）投影不同的高頻率條紋光圖案，樣本的高頻率細(xì)節(jié)紋理和投影光圖案共同作用產(chǎn)生了低頻率摩爾紋，前者原本是超出顯微鏡放大倍數(shù)的，無法被看清，可產(chǎn)生的低頻率摩爾紋卻是在顯微鏡放大倍數(shù)以內(nèi)的，于是通過各種摩爾紋可以間接地還原出物體的細(xì)節(jié)是什么樣子，使得顯微鏡相比于原本的放大極限更加放大很多倍。 將高頻條紋光與不容易分辨的“高頻細(xì)節(jié)”疊加，得到更容易分辨的低頻圖案，這種方法能幫研究者間接看清微小的細(xì)節(jié) 錢幣的防偽識別也常會用到摩爾紋的原理。在2018年的電影《無雙》中，周潤發(fā)和郭富城飾演的假幣制造團(tuán)伙就遇到了不小的麻煩：即便使用高清打印機(jī)來復(fù)制假幣，也會讓鈔票上產(chǎn)生摩爾紋瑕疵，容易被識破。這就是鈔票上細(xì)密的條紋圖案與打印的像素點(diǎn)陣疊加造成的結(jié)果。 電影《無雙》中提及的摩爾紋 不僅如此，就連手機(jī)拍屏幕時難看的條紋其實(shí)也可以“變廢為寶”。近來，有研究者巧妙地利用了這種摩爾紋，設(shè)計(jì)了能夠防止被“盜掃”的二維碼。我們在使用一部手機(jī)拍攝另一部手機(jī)屏幕時，摩爾紋常常會出現(xiàn)，并且和拍攝時兩部手機(jī)的距離和角度都有關(guān)系，在研究者所設(shè)計(jì)的方案中，只有從特定的距離和角度拍攝，拍到的摩爾紋里才能提取出正確的二維碼圖案，否則無法看到受保護(hù)二維碼的樣子。 參考文獻(xiàn) [1] L. Junfei, Z. Youqi, W. Jianglong, X. Yang, W. Zhipei, M. Qinwei, and M. Shaopeng, (2014). Formation mechanism and a universal period formula for the CCD moiré. Optics express, 22(17), 20914-20923. [2] M. Saxena, G. Eluru, and S. S. Gorthi, (2015). Structured illumination microscopy. Advances in Optics and Photonics, 7(2), 241-275. [3] H. Pan, Y. C. Chen, L. Yang, G. Xue, C. W. You, and X. Ji, (2019, October). mQRCode: Secure QR Code Using Nonlinearity of Spatial Frequency in Light. In The 25th Annual International Conference on Mobile Computing and Networking (pp. 1-18). [4] http://mt.sohu.com/20170628/n498989826.shtml [5] https://www.sohu.com/a/195950561_224832 [6] http://art.ifeng.com/2018/0720/3431657.shtml [7] https://www./node/79518 [8] https://news.artron.net/20180608/n1006101.html 作者：焦述銘 編輯：窗敲雨 |
|
|
