ちらつきのない LED ストリップ調光の紹介

2023年4月8日 Waveform Lighting

ちらつきのない LED ストリップ調光の紹介

LED ストリップは、映画や写真の照明業界で急速に採用が進んでいる、新しい用途の広い光源です。 12V または 24V の電源だけで、LED ストリップライトシステムをすぐに起動して実行できます。

しかし、今日の写真および映画撮影の専門家は、固定された色補正/高 CRI LED ストリップ製品以上のものを求めています。変化する周囲照明条件と予測不可能な DP オーダーを一致させることは、現場で LED ストリップを動的に制御する機能が重要であることを意味します。

言い換えれば、明るさと色温度または色相をオンザフライで制御できることは、フォトグラファーや照明技術者にとってほぼ最低限の要件です。

LED ストリップの調光は、ほとんどの場合、通常は電源と LED ストリップの間に設置される調光器 (DMX またはアナログ) によって行われます。ただし、すべての調光器が同じように作られているわけではなく、映画や写真に使用するとちらつきに関連する問題が発生します。

したがって、写真や映画撮影のシーンを照明する場合は、ちらつきのない LED ストリップ調光器を使用することが絶対に重要です。

LED ストリップ調光器でちらつきが発生するのはなぜですか?

ほとんどすべての LED ストリップ調光器は、パルス幅変調 (略して PWM) として知られる電子原理を使用して動作します。 PWM は、1 秒間に何度も「オン」と「オフ」の状態を繰り返すように、LED を高速で「点滅」させることによって機能します。

LED はこれらの各サイクル期間全体で発光しなくなるため、知覚される効果は輝度の低下です。各サイクルの「オン」時間と「オフ」時間の比率を増減することで、明るさをそれぞれ増減できます。

LED ストリップの調光と PWM の背後にある原理を理解すれば、ちらつきの問題が明らかになるはずです。 PWM調光は、実際には、「オン」状態と「オフ」状態の間のLEDストリップの制御された「ちらつき」にすぎません。言い換えれば、人間の視覚システムにはそう見えるとしても、光源は実際には一定の明るさで一定の光出力を生成しているわけではありません。

すべての LED 調光器でちらつきが発生しますか? 厳密には、そうです。PWM を使用して動作するすべての LED ストリップ調光器は、ちらつきを生成します。したがって、「ちらつきのない」という用語は頻繁に使用されますが、より正確な定義は「ちらつきの悪影響がない」ということに注意してください。この定義を念頭に置いて。

上記は、ちらつきの影響を示すビデオの例です。人間の目には光源が一定の明るさを持っているように見えますが、ビデオカメラは実際には「オン」と「オフ」の状態を急速に切り替えていることを示しています。その結果、フレームごとに見苦しい照度の変化が生じます。

ちらつきのもう 1 つの一般的な兆候は、静的な、または移動する暗い線、または画像を横切る垂直方向の「バンディング」の存在です。これは、LED ストリップ調光のオンオフサイクルによっても発生します。これは、スマートフォンカメラを含むデジタルカメラで最も一般的に見られます (最近のスマートフォンカメラには、これを修正するためのソフトウェアが組み込まれています)。

線は、デジタルカメラが感覚入力を画像の上から下に直線的に処理する方法により、画像全体ではなく垂直に表示されます。暗い線は、LED ストリップが「オフ」状態にあった時点を表します。

すべての PWM 調光器はちらつきを生成することを上で述べました。ただし、重要な点は、LED ストリップ調光器の電子回路の精巧さのレベルに応じて、LED 調光器のちらつきの程度が大きく異なることです。

ローエンドの LED ストリップ調光器は、肉眼でわかるちらつきを生成する可能性があり、ミッドレンジおよびハイエンドの LED ストリップ調光器でさえ、ビデオおよび写真システムでちらつきを生成し、ちらつきがないと見なすことはできません.

ただし、正しく設計された場合、またはちらつきのない操作を行う場合、LED ストリップ調光器は、ちらつきによる悪影響を受けることなく実際にビデオや写真に使用でき、高速カメラシステムでの使用にも安全です。

LED ストリップ調光器のちらつきをなくすにはどうすればよいですか?

PWM 周波数は、LED ストリップが 1 秒間に完了するオン/オフサイクルの数を表す用語で、ヘルツ (Hz) で測定されます。 LED ストリップのちらつきの深刻度は、主に LED ストリップ調光器の PWM 周波数とカメラのシャッター速度 (および関連するフレームレート) によって決まります。

この理由をよりよく理解するために、5 Hz で動作する 50% の輝度に設定された LED ストリップ調光器を使用して、毎秒 10 フレームで撮影されたビデオカメラの架空の例を見てみましょう。簡単に言うと、これは、ビデオカメラが 1 秒間に 10 回の「静止」ショットを撮り、LED が同じ時間 (1 秒間に 5 回) オン/オフすることを意味します。

下のチャートで、黄色の領域は、LED が「オン」状態にある時間枠を表します。黒い領域は、カメラのシャッターが開いている時間枠を表します。

この極端な例では、ビデオカメラは LED ライトが「オン」状態にあるときの 2 倍の頻度で画像をキャプチャするため、1 フレームおきに完全に暗く表示されます。

LED ライトが「オフ」の状態にあるとき、その一瞬の瞬間に実際にはまったく光が発せられないため、キャプチャされたフレームも完全に暗くなります。

カメラの設定を同じ (10 fps) に保ち、PWM 周波数を 40 Hz に上げたらどうでしょうか? 現在、「オン」と「オフ」の状態を毎秒 40 回切り替えています。これは、ローエンドの LED 調光器で使用される一般的な頻度です。

1 秒間に撮影された 10 フレームのそれぞれに、少なくとも少しの照明があることがわかります。これは、最初の例よりも改善されています。これは、40 Hz では完全に暗いフレームが得られないことを意味します。

ただし、各フレームに存在する光の量が同じではないことに気付くでしょう。特定のフレームは他のフレームよりも光が多く、それでもビデオに顕著なちらつきが発生するため、結果はまだ許容できません.

次に、フレームレートを 500 Hz に上げます (ここでも 10 fps のカメラ設定を維持します)。これは、中間レベルの LED 調光器製品の範囲です。下のチャートのフレームキャプチャ間隔ごとに、LED の「オン」と「オフ」状態の切り替えが速くなったため、より均等に分散された量の光が得られます。

10 fps は、ほとんどのビデオアプリケーション (24 または 30 fps が一般的) にとって非現実的なほど低いフレームレートであり、多くのスローモーションまたは高速ビデオシステムは、より高いフレームレート (つまり、240 fps 以上) を使用します。その結果、ちらつきのないビデオキャプチャには 500 Hz ではまだ不十分な場合があります。

このグラフでは、フレームレートを上げると黒い線が多くなり、シャッタースピードを上げると黒い線が細くなります。この記事を読むために使用しているデバイスの画面解像度によって制限されるため、これを説明しないことを選択しましたが、このグラフの拡大バージョンは、基本的に 10 fps および 5 Hz PWM 周波数での最初の例のように見えます。 .