Warum flackern die LED-Leuchten der Kamera?
Der stroboskopische Effekt ist ein wahrnehmbarer Flackereffekt, der normalerweise auftritt, wenn das Telefon auf eine LED-Lichtquelle gerichtet wird.
Haben Sie schon einmal ein Flackern der Handykamera beim Aufnehmen einer LED-Lichtquelle beobachtet? Ist das bei direkter Betrachtung mit bloßem Auge normal? Ein einfaches Experiment ist möglich. Schalten Sie die Kamera Ihres Handys ein und richten Sie sie auf eine LED-Lichtquelle. Wenn Ihr Auto über Leuchtstoffröhren verfügt, können Sie dieses seltsame Phänomen mit der Smart-Kamera leicht beobachten.
Flimmerfreie LED-Leuchten schonen die Sehkraft von Kindern
Tatsächlich ist die Frequenz des Flackerns einer LED-Lichtquelle für das menschliche Auge nicht wahrnehmbar. Autotest-Enthusiasten erleben oft verrückte Szenen: Beim Fotografieren von Autos schaltet das Auto die Leuchtstoffröhren ein, und der endgültige Aufnahmeeffekt ist sehr frustrierend. Dieser stroboskopische Effekt lässt sich einfach als Konflikt zwischen den beiden Lichtern erklären.
Was ist der Stroboskopeffekt?
Wenn Sie sich die bisherigen Physikbücher ansehen, werden Sie feststellen, dass Menschen im Allgemeinen eine Tendenz haben, die als "Persistenz des Sehens bekannt ist. Dabei können wir Dinge weiterhin wahrnehmen, auch wenn sie sich nicht mehr vor uns befinden. Wir können "persistente Bilder" anstelle einer Reihe diskreter statischer Bilder sehen.
LED-Lichtquellen flackern mit hohen Frequenzen, die für das bloße Auge nicht wahrnehmbar sind. Wir sehen das Licht also erst, wenn wir es ganz ausschalten. Ähnlich verhält es sich mit einem Video: Es besteht aus einer Reihe von Bildern, die in schneller Folge mit einer Bildfrequenz von je einer Sekunde aufgenommen werden. Wenn wir gemeinsam spielen, täuscht diese kontinuierliche visuelle Darstellung unser Gehirn vor und lässt die Ereignisse auf dem Bildschirm als eine einzige, fließende Bewegung wahrnehmen.
Wenn die Bilder pro Sekunde die Frequenz der LED-Lichtquelle überschreiten, zeigt die Handykamera einen auffälligen Flackereffekt, den Stroboskopeffekt.
LED-Leuchten flackern, wenn sie schnell ein- und ausgeschaltet werden. Ob sie flackern, hängt hauptsächlich von der Art des zugeführten Stroms ab. Typischerweise flackern LED-Leuchten mit Frequenzen, die für das menschliche Auge zu hoch oder für das bloße Auge unsichtbar sind. Daher kann man davon ausgehen, dass sichtbares Kameraflackern der normale Betrieb der Leuchte ist und lediglich menschliches Blinzeln Anlass zur Sorge gibt. Die Aussage, dass LED-Leuchten im Betrieb immer flackern, ist jedoch sehr allgemein gehalten.
Action ist eine Reihe statischer Aufnahmen, die dem menschlichen Auge aufgrund unserer Trägheit flüssig erscheinen
Gleichstromversorgung
Wird eine LED-Leuchte über eine Gleichstromversorgung (meist eine Batterie) mit Strom versorgt, sind die LED-Leuchtdioden stets geladen, geben also kontinuierlich Lichtenergie ab und bleiben eingeschaltet, bis der Stromkreis unterbrochen wird. Wird eine gleichstrombetriebene LED-Leuchte mit der Handykamera aufgenommen, scheint das Bild ständig zu flackern.
AC-Stromversorgung
Wechselstrom wird üblicherweise über eine Stromquelle wie eine Steckdose bereitgestellt. Im Wesentlichen wird der Wechselstrom in einem Zyklus zweimal ein- und dreimal ausgeschaltet, sodass die angeregten Elektronen ihre gesamte Energie in Form von Licht verbrauchen, dreimal zum Elektronengehäuse zurückkehren und dann erneut angeregt werden. Daher scheint eine direkt an eine Wechselstromversorgung angeschlossene LED-Leuchte im Video zu flackern.
Es ist jedoch nicht möglich, LED-Leuchten direkt an eine Wechselstromversorgung anzuschließen, da die Lebensdauer der LEDs durch den zyklischen Ein- und Ausschaltzustand erheblich verkürzt wird. Daher werden sie an einen Regler (DDDHHH-Treiber) angeschlossen, der den Wechselstrom in Gleichstrom umwandelt, bevor er an die Leuchten angeschlossen wird. LED-Leuchten, die über einen Treiber betrieben werden, flackern nicht.
Pulsweitenmodulation
Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Übertragungstechnologie ist das durch LED-Leuchten in Handykameras verursachte Flackern nicht nur vollständig auf die Wechsel- oder Gleichstromversorgung zurückzuführen, sondern auch auf die vom Treiber mit Strom versorgten LED-Leuchten. Um den Stromverbrauch zu senken, kann die Stromversorgung anstelle einer kontinuierlichen Stromversorgung in diskrete Impulsströme gebündelt werden. Dies wird als Pulsweitenmodulation bezeichnet und kommt üblicherweise bei Leuchtstofflampen in Kraftfahrzeugen zum Einsatz.
Die Knopfzelle ist eine Gleichstromquelle, die die LED eingeschaltet lässt, bis der Stromkreis unterbrochen wird.
Kann das Flackern gestoppt werden?
Das Flackern selbst zu stoppen ist nicht hilfreich, aber wir versuchen, den störenden Stroboskopeffekt zu eliminieren. Obwohl die Eliminierung des Stroboskopeffekts eine äußerst präzise Aufgabe ist, lässt er sich durch Anpassen der Bildrate und der Verschlusszeit leicht reduzieren.
Außer in den USA wird Wechselstrom mit einer Frequenz von 50 Hz bereitgestellt, was bedeutet, dass der Strom innerhalb einer Sekunde 50 Mal zwischen Ein und Aus wechselt. Durch die Anpassung der Kameraparameter, d. h. der Verschlusszeit und der Bildrate auf Vielfache oder Bruchteile von 50, kann der Flimmereffekt deutlich reduziert werden.
Einige LED-Leuchten werden durch Treiber geregelt, und die Flimmerfrequenz wird durch die Anpassung ihres Ein-/Aus-Zyklus gesteuert. Wird die Flimmerfrequenz so eingestellt, dass sie die Bildfrequenz der Kamera überschreitet, kann der Stroboskopeffekt effektiv eliminiert werden.
Flackern auch Glühlampen?
Wie LED-Leuchten schalten sich Glühbirnen mit Wechselstrom ein und aus. Das heißt, im ausgeschalteten Zustand ist der Glühfaden in der Glühbirne nicht vollständig abgekühlt, was sich nicht nennenswert auf die Handykamera auswirkt. Daher ist es für uns unmöglich, das Flackern von Glühbirnen auf Handykameras zu sehen.