拍摄PWM调光屏幕出现条纹的原因与对策

引言

在你的摄影旅途中，是否遇到过这样的情况：当你想拍下飞机上座椅背面的屏幕显示的时刻表、高铁车厢里的信息显示屏、或者酒店房间智能电视上的画面时，取景器中却出现了令人讨厌的条纹和闪烁？那些波浪形的黑色条纹仿佛在嘲笑你的拍摄尝试。别担心，这不是你的设备坏了，而是光与传感器的物理「对话」造成的有趣现象。

PWM调光：屏幕亮度控制的秘密

LED屏幕的亮度调节主要有两种方式：直流调光（DC Dimming）和脉冲宽度调制调光（PWM Dimming）。直流调光通过调节流过LED的电流大小来控制亮度，简单直接，但在低亮度下容易导致色彩偏移。而PWM调光则采用了完全不同的思路：以极高频率（通常在200Hz到20000Hz之间）快速开关LED，通过改变每个周期内「亮」的时间占比（占空比）来控制人眼感知的平均亮度。

当占空比为100%时，LED常亮，屏幕最亮；当占空比为50%时，LED一半时间亮一半时间灭，人眼感知亮度约为一半；当占空比为10%时，LED仅10%的时间点亮，屏幕就非常暗了。由于开关频率远高于人眼的临界闪烁融合频率（约60Hz），人眼会将这些快速闪烁「积分」为稳定的亮度感知。这就是为什么你在看屏幕时感觉不到任何闪烁。

滚动快门：相机的逐行曝光机制

绝大多数CMOS图像传感器采用滚动快门（Rolling Shutter）而非全局快门（Global Shutter）。在滚动快门模式下，传感器并非同时曝光所有像素行，而是从上到下逐行依次曝光。一帧图像通常由两次「读取」组成——分别对应奇数行和偶数行（即交错扫描/Interlaced模式），每次读取约用时1/60秒（NTSC）或1/50秒（PAL），两次读取合成为一帧。

这意味着画面最上方和最下方的像素在时间上相差数十毫秒。想象一下拍摄一个快速旋转的螺旋桨——滚动快门会让桨叶变成弯曲的「J」形或「S」形，这就是不同时刻捕捉到的桨叶位置被拼接在一起的结果。

条纹的诞生：PWM与滚动快门的碰撞

当这两种机制相遇时，矛盾就产生了。假设你的屏幕PWM调光频率是240Hz（周期约4.17毫秒），你的相机快门速度是1/100秒（10毫秒）。在这10毫秒内，传感器从上到下逐行曝光，不同行的像素落在PWM信号的不同相位——有些行恰好在LED点亮期间曝光，有些行恰好遇到LED熄灭。

结果就是画面中出现一系列明暗交替的条纹，条纹恰好对应于PWM信号的一个或多个完整周期。更有趣的是，由于相机的交错扫描机制，奇数行和偶数行的曝光时刻本身就有时间偏移，这进一步加剧了条纹的复杂程度。

实用对策

了解了原理，解决它就有的放矢了：

1. 调整快门速度：将快门速度设置为PWM频率的整数倍或分数倍。例如在50Hz交流电地区（屏幕PWM频率可能是100Hz的倍数），尝试1/100秒、1/200秒等快门速度，可以让每一行均匀地采样整数个PWM周期。

2. 降低快门速度：使用低于PWM频率倒数的快门速度（如1/30秒），让传感器曝光时间远超PWM周期数，从而将闪烁「积分」为均匀亮度。这是最简单有效的策略，但需要稳定相机或使用三脚架。

3. 切换到电影/视频模式：大多数相机的视频模式会自动将快门速度锁定为帧率的倒数（如24fps对应1/48秒），同时启用抗闪烁功能（Anti-flicker）。

4. 使用DC调光屏幕：近年来支持的DC调光或「类DC调光」的中高端屏幕从根本上消除了PWM闪烁。拍摄这类屏幕时，条纹问题不复存在。

高级技巧：利用条纹进行频闪测量

有趣的是，这些条纹也能成为有用的工具。通过测量条纹的间距方向和数量，你可以估算屏幕的PWM频率和占空比。这在评估屏幕频闪质量时很有参考价值：IEC 62471标准将频闪风险分为多个等级，频率越高、波动越小的PWM调光对人眼的危害越低。下次当你在旅途中注意到相机取景器中的条纹时，不妨想一想——你正在用相机「看」到人眼看不到的光线脉动。