FőoldalKonstruktőrUltralassított videofelvétel LED-es megvilágítással
2018. február 14., szerda ::

Ultralassított videofelvétel LED-es megvilágítással

A kiváló minőségű tv-adásokkal kapcsolatban a tévénézők igényei napról napra nőnek. Az ilyen minőségű sportprogramok egyik pillére a lassított felvételek rögzítése. A lassított felvétel nemcsak azt teszi lehetővé, hogy a tévénéző részletesen kísérhesse figyelemmel az atléta mozgását, hanem a bíró számára azt is, hogy helyes döntést hozhasson. Az NTSC-videorendszernek vagy szabványnak a képkockasebessége általában 24 fps (képkocka/másodperc) vagy 25 fps a PAL/SECAM esetében. Lassított videofelvétel az fps növelésével hozható létre. A 2008-as pekingi nyári olimpián a lassított felvételek 70 fps-sel készültek, míg a 2012-es londoni olimpiai játékok alatt a képkockasebesség 300 fps volt. Az utolsó, 2016-os Rio de Janeiró-i játékok során a lassított videofelvételek képkockasebessége 1500 fps-re nőtt

Ennek eredményeképpen alapvetővé váltak a megfelelő fénytechnikai igények, mivel minden egyes képkockának ugyanakkora mennyiségű fényre van szüksége a képvillódzás elkerülése érdekében. A képvillódzás mértékét az úgynevezett villódzási tényező vagy villódzásiszázalék-paraméterek határozzák meg. Az Olimpiai Bizottságon kívül az Európai Labdarúgó Szövetség (UEFA) is bevezetett egy előírást a LED-tápegységgel hajtott világítórendszerek teljesítményére vonatkozóan a villódzási tényező és egyéb paraméterek alapján. E cikk megmutatja a villódzási tényező hatását az ultralassított videofelvételekre, továbbá azt, hogy a MEANWELL által gyártott LED-tápegységek miként felelhetnek meg a lassított videofelvételek követelményeinek

Áramerősség-ingadozás és villódzási tényező

A hagyományos sportpályák fémhalogén (HID) lámpákat használnak. Ezek hátránya a magas energiafogyasztás, amelynek csökkentésére egyre több pályán alkalmaznak LED-es világítási rendszereket. Az energiatakarékosságon felül a LED-es világítás további előnyökkel is rendelkezik: széles dimmelhetőségi tartomány, egyenletes fényeloszlás, jobb színvisszaadás (CRI>80), alacsonyabb fényszórás, azonnali teljes fényerősség elérése a felkapcsolás után, hosszabb élettartam és végül – de nem utolsósorban – az alacsony villódzási jellemzők, amelyek megfelelnek a lassított felvételek rögzítési követelményeinek. A LED fizikai alapelve, hogy a tápegységből származó elektromos energiát fénnyé alakítja. Az ilyen jellegű multifizikai átalakulási mechanizmusnak van egy féllineáris jellege: az elektromos áram hullámzása ugyanis kismértékben reprodukálódik a fénytechnikai tartományban. Ebből ered a fény villódzása. Ebből következik, hogy egy LED-es világítási rendszer villódzási mértéke leginkább a LED-ek tápegységétől függ. Az 1. ábra mutatja, hogy egy LED-tápegység ideális kimeneti árama lapos hullámalakú. A valóságban ez fel-le ingadozik. E viselkedés paramétere az áramerősség-ingadozás, amely az áramerősség amplitúdójában (kilengésében) bekövetkezett változást jelenti egy meghatározott időtartamon belül. A fény esetében a fényerősség fel-le ingadozásának paramétere a villódzási tényező vagy villódzási százalék. A korábbiakban szó esett arról, hogy féllineáris kapcsolat áll fenn az áramerősség-ingadozás és a villódzási tényező között. Ez segíti a LED-es világítási rendszer tervezőjét abban, hogy a LED-tápegység áramerősség-ingadozását alapul véve, felbecsülje a villódzás mértékét a teljes világítási rendszerben, ezzel nem kevés időt takarítva meg.

1. ábra. Stadionokban használt eszközök áramerősség-ingadozása, valamint a villódzási százalék vagy villódzási tényező. Az Imax, Imin a maximum és minimum kimeneti áramerősséget az EHmax, EHmin pedig a reflektorok maximum és minimum fényértékét jelentik

A lassított videofelvétel és a villódzás létrejötte

Az NTSC-rendszerű, lassított videofelvételek képkockasebessége 24 fps, illetve a PAL/SECAM esetében 25 fps. Az energiaátalakulásból következik, hogy a LED-tápegység kimeneti DC-áramerősségének frekvenciája 100 Hz, amely az 50 Hz-es európai hálózati AC-áram kétszerese. Normálsebességű felvétel esetén a szabvány 24 vagy 25 fps képkockasebesség nem okozhat gondot, ha a filmre vett fény frekvenciája 100 Hz. Ez annak köszönhető, hogy minden egyes képkockára ugyanannyi fény jut. A 2. ábrán is látható, hogy a fény az egyes képkockák azonos pontjaira esik, bár eltérő időben. Amikor a képkockasebesség megnő (pl. lassított felvétel készítése esetén), az egyes képkockákra eső fény mennyisége nem biztos, hogy azonos lesz, így a képkockák egyenkénti visszajátszásakor ún. villódzás jön létre. Ennek ellenére, a kamera zársebességének függvényében a villódzás eltérő lehet. A magas képkockasebességű eszközöknél a villódzás azonban elkerülhetetlen.

2. ábra. Magas képkockasebességnél tapasztalható kiegyenlítetlen fényszintek

Két módszer (egy hardveres és egy szoftveres) létezik a villódzási probléma megoldására. A hardveres további két altípusra osztható. Az első módszer szerint növeljük a kimeneti áramerősség szinuszos frekvenciáját, ami által a sűrűbb fényhullámok szinkronban állnak a megnövelt számú képkockákkal. Ezt a módszert gyakran alkalmazzák nagy teljesítményű tápegységekkel kombinált fémhalogénlámpás eszközöknél. Az eljárás a következő: először átalakítjuk a kimenőáram szinuszos jelét négyszögjellé, ennek a frekvenciáját pedig felemeljük, például 1000 Hz-re, hogy az megfeleljen az 1000 fps alatti ultralassú videók igényeinek. A második módszer szerint csökkentjük az átalakítóban az áramerősség-ingadozást, amely azt eredményezi, hogy az egyes képkockákra eső fénymennyiségek nem lesznek annyira eltérőek egymástól. Ezt a módszert széles körben alkalmazzák LED-es világítási rendszereknél. Természetesen szoftveres megoldásokkal utólag is állíthatunk az egyes képkockákra eső fénymennyiségen, ha azt megelőzően az áramerősségen nem változtattunk, de magas képkockasebességnél ehhez egy igen erős számítógépre van szükségünk.

Lassított videofelvétel követelményei sportarénákban

A hagyományos, lassított videofelvétel legfelső határa 150 fps képkockasebesség. A 2008-as pekingi nyári olimpián a 70 fps-es sebességet alkalmazták. A 150–300 fps-es szuperlassított felvételt először a londoni olimpiai játékok alatt használták. A 300 fps feletti érték esetében ultralassított videofelvételről beszélünk. A 2016-as riói olimpián az 1500 fps-es átlagértéket alkalmazták. Az 1. táblázat a reklámipari és televíziózási szabványkövetelményeket mutatja az 1000 fps-es ultralassított videofelvételekhez.

1. táblázat. Villódzási mutatók sportesemények 1000 fps-es ultra lassított videofelvételeihez

Az UEFA szintén meghatároz előírásokat a villódzási tényezővel kapcsolatban. Ezeknek megfelelően, egy A-szintű elitstadionban rögzített, 300 fps-es lassított felvétel alapkövetelménye, hogy az átlag villódzási tényező nem lehet több 5%-nál. A- és B-szintű stadionok esetében az átlag villódzási tényező nem lehet több 12%-nál, míg C-szintű stadionoknál a villódzási tényezőnek 20% alatt kell maradnia.

A LED-tápegység áramerősség-ingadozása

Korábban már említettük, hogy a LED-tápegység áramerősség-ingadozása felhasználható arra, hogy megbecsüljük, vajon megfelel-e a villódzási tényező a televíziós közvetítő vagy az UEFA követelményeinek. Ez a bekezdés elmagyarázza, miként lehet megtalálni vagy kiszámítani az áramerősségingadozás-paramétert egy tápegység adatlapjából. Háromfajta LED-tápegység létezik: áramgenerátoros (CC), feszültséggenerátoros (CV), áram- és feszültséggenerátoros (CV+CC).

Az áramerősségingadozás-paraméter az áramgenerátoros LED-tápegység adatlapján található meg. A Mean Well HLG-320H-C-sorozatnak például az áramerősség-ingadozása 5%. A valódi mért áramerősség-ingadozás az on-line elérhető teszteredményből állapítható meg. A 3. ábrából látszik, hogy a mért áramerősség-ingadozás 1,14%, amely megfelel az UEFA A-szintű elitstadionokra vonatkozó 5%-os követelményének.

4. ábra. Így számíthatjuk ki a LED-tápegység CV és CV+CC modelljeinek áramerősség-ingadozását

A feszültséggenerátoros modellek esetében gyakran előfordul, hogy a LED-tápegység kimenete és a LED-modul között egy szabályzómodult helyeznek el. Emiatt a teljes LED-es világítási rendszer villódzási tényezőjébe bele kell számolni a hozzáadott feszültségszabályzót is. Amennyiben nincs közbeiktatva feszültségszabályzó, a becslés a következő, CV+CC modellekre vonatkozó bekezdésből végezhető el.

Általában az CV+CC modellek nem rendelkeznek ugyanazzal az áramerősségingadozás-paraméterrel, mint a CC modellek. Emiatt a becslés alapjául az „ingadozás és zaj” (ripple & noise) paramétert kell venni, és a 4. ábra szerinti, egyszerű matematikai képletet kell alkalmazni. A 4. ábra azt mutatja, hogy a kiszámított áramerősség-ingadozás igen jó eredmény, mert a számításba bevont „ingadozás és zaj” paramétert két külső 0,1 μF és 47 μF kondenzátorral mérték, amely ipari alkalmazásban gyakori eljárás. Ha azonban pontos eredményre van szükség, érdemes megmérni a tápegység áramerősség-ingadozását vagy a fény villódzási tényezőjét. Mindazonáltal az itt bemutatott képlet segítségével gyorsan eligazodhatunk.

4. ábra. Így számíthatjuk ki a LED-tápegység CV és CV+CC modelljeinek áramerősség-ingadozását

A villódzási tényezőt csökkentő stadionos rendszerkonfiguráció

1000 fps esetén, vagy 2500 fps-ig bezárólag, az enyhébb villódzás nagy teljesítményű villódzásmentes tápegységek felhasználása nélkül egy háromfázisú hálózattal megvalósítható. Az 5. ábra azt mutatja, hogy az AC-hálózat három különböző fázisára LED-tápegységeket szereltek, az ezekre kötött reflektorok pedig azonos pontra szórnak fényt. Mivel az egyes tápegységek áramerősség-ingadozása között 120°-os fáziseltérés van, az összesített villódzási tényező alacsonyabb lesz, mint abban az esetben, amikor a tápegységek csak egyfázisú rendszerre vannak kötve. Ennek eredményeképpen a fenti megoldás megfelel az ultralassított felvétel rögzítési követelményeinek.

5. ábra. Alacsonyabb a villódzási tényező, amikor a fényforrásokat vegyesen kötik háromfázisú AC-hálózati áramra

Következtetés

Az ultralassított videofelvételek rendkívül magas követelményeket támasztanak a fényforrásokkal szemben. A LED-rendszerek esetében pedig a fő megoldás a LED-tápegységben rejlik. A MEANWELL nyomon követi a világ sporteseményeinek igényeit, és széles termékpalettával, valamint műszaki információval áll rendelkezésre, hogy ügyfelei a sportpályákon és a stadionokban rögzített lassított felvételeknek megfelelő LED-es világítási rendszert építhessenek ki.

A forgalmazó ATYS-CO Kft. honlapja

Tudomány / Alapkutatás

tudomany

CAD/CAM

cad

Járműelektronika

jarmuelektronika

Led technológia

Led technológia

Rendezvények / Kiállítások

Mostanában nincsenek események
Nincs megjeleníthető esemény