FőoldalKonstruktőrUltra slow motion video követelményeinek teljesítése LED-tápegység használatával
2018. november 20., kedd ::

Ultra slow motion video követelményeinek teljesítése LED-tápegység használatával

A televíziós programok nézőinek elvárásai napról napra nőnek. Manapság már nehéz elképzelnünk egy sportközvetítést lassított ismétlések nélkül. A lassított képek nemcsak a nézők számára biztosítják a sportolók mozgásának precíz követhetőségét, hanem a sportbírók számára is egyre inkább szolgálnak segítségül
Az FPS (frame per second=kocka/s) másodpercenkénti képkocka; FPS: értéke NTSC-rendszerben 29, PAL/SECAM-rendszerben pedig 25. A lassított videót megnövelt frekvenciával kell rögzíteni – úgy, hogy normális tempóval történő lejátszáskor az anyag megőrizze a mozgás folyamatosságát. A pekingi olimpiai játékok alatt a kamerák 70 FPS sebességgel működtek, de négy évvel később Rio de Janeiróban ez az érték már másodpercenként 1500 kockára nőtt. Ahhoz, hogy a tv-képernyőn ne lépjen fel a fibrilláció jelensége, minden egyes képkockát ugyanolyan mennyiségű fénnyel kell megvilágítani.
Az utóbbi években jelentősen megnőttek a sportlétesítmények stabil megvilágításának követelményei. Akárcsak az Olimpiai Bizottság, úgy az UEFA is megalkotta a LED-es világítási rendszerek tápegységeire vonatkozó specifikációkat, többek között a „fibrillációs faktor” alapulvételével. Jelen cikkben megpróbáljuk tisztázni ezen faktor befolyását a videokép minőségére, valamint elmagyarázni azt, hogy a MEANWELL cég LED-tápegysége hogyan tudja segíteni a nemzetközi standardok betarthatóságát…

Áramlüktetés és fényfibrillációs faktor

Sportarénákban egyre gyakrabban választanak LED-es világítási rendszereket, amelyekkel energia takarítható meg, és amelyek szélesebb tartományban sötétíthetőek, jobb a szín-visszaadásuk (CRI>80), nincs várakozási idő a maximális fényerő eléréséig, hosszabb az élettartamuk és – végre – a fibrillációs (remegési) szintjük is alacsonyabb. Az elektromos energia fényenergiává történő transzformációját féllineáris összefüggés jellemzi: a villamos oldali tökéletlenségek áttranszformálódnak a fény minőségére. Az 1. ábrán megmutatjuk egy tápegység kimeneti áramának ideális, lapos karakterisztikáját. A valóságban ez az érték időszakosan eltéréseket mutat. Az áram ilyen viselkedésmódját nevezzük az áram lüktetésének. Fentebb említett összefüggést a tervezők arra használják, hogy a tápegység áramlüktetését jellemző paraméterek alapján megbecsülhessék a fényfibrilláció mértékét.

1. ábra. Áramlüktetés és fényfibrillációs faktor példája egy stadionban

Ahol Imax, Imin a maximális és minimális kimeneti áram értékei; EHmax, EHmin a maximális és minimális pontmegvilágítási fényerő.

Lassított videó és a fibrilláció keletkezése

Tekintsük át a leírt jelenséget az európai szabványok példáján keresztül! A másodpercre eső képkockaszám (FPS) értéke PAL-rendszerben 25. A LED-tápegységből jövő egyenáram lüktetési frekvenciája 100 Hz (az elektromos hálózat 50 Hz-es frekvenciájának duplája). 25 FPS sebességű videó rögzítésekor az 1/100 s körüli fibrilláció nem okoz problémát. A fény mennyisége minden egyes képkockán ugyanannyi, mint ahogy az a 2. ábrán látható. Ha a felvételi sebességet növeljük, a sorban következő képkockákra jutó fénymennyiség változni fog. Ily módon következik be a fibrilláció, vagyis a fényremegés. Ennek tartománya a blende sebességétől függően különböző lehet.

2. ábra. Fényszint-egyenlőtlenségek a képkockákon magas FPS esetén

A problémát két, eszközoldali megoldás egyikével lehet elkerülni. Az egyik, hogy növelni kell a kimeneti áram szinuszhullámának frekvenciáját, aminek következménye az lesz, hogy minden egyes képkocka expozíciója – még növelt sebességű felvétel esetén is – változatlan marad. Ezt a módszert gyakran használják a hagyományos High Speed HID fénycsőelőtétekben. Itt a kimeneti áram szinuszjelét négyszöghullámmá konvertálják, majd a négyszögjel frekvenciáját megnövelik kb. 1000 Hz-ig, 1000 FPS-nél kisebb sebességű videorögzítés esetén. A másik módszer azon alapul, hogy az áramlüktetést csökkentik a konverterben úgy, hogy az egyes képkockákra jutó fénymennyiség ne okozzon látható különbségeket. Ez utóbbi a leggyakoribb megoldás LED-rendszerek esetében.

Sportlétesítmények lassított videóra vonatkozó követelményei

Sportrendezvények megvilágításával kapcsolatos követelmények az alkalmazott slow motion technológiától függenek. A legrégebbi és egyben legnépszerűbb technológia azt írja elő, hogy a feltételeket max. 150 FPS sebességgel történő videofelvételhez kell biztosítani. A londoni olimpia játékokon az arénákat már super slow motion (vagyis 150–300 FPS) standard szerint készítették elő. A 300 FPS feletti értékeket már ultra slow motion módnak nevezi a szakma. A 2016-os olimpián Rio de Janeiróban az egy másodperc alatti képkockák száma már elérte az 1500-at! A televíziózási ágazatban az ultra slow motion videózásra vonatkozó követelményeket az 1. táblázatban mutatjuk meg.

1. táblázat. Fényfibrillációs faktorok 1000 FPS ultra slow motion video esetén

Az UEFA saját szabványt dolgozott ki a fényfibrillációs faktorra. Az Elite-osztályú stadionok esetében a fényfibrilláció értékének kisebbnek kell lenni, mint 5%. A- és B-osztályú stadionok esetében a faktor átlagos értéke nem lehet 12%-nál magasabb, C osztályú stadionoknál pedig nem haladhatja meg a 20%-ot.

LED-tápegység – áramlüktetés

Ebben a részben megvilágítjuk, hogy hogyan lehet meghatározni vagy levezetni az áramlüktetés paraméterét a tápegység műszaki dokumentációja alapján. Háromféle típusú LED-tápegység létezik, úm.: konstans áramerősségű (CC), konstans feszültségű (CV), valamint konstans áramerősségű + konstans feszültségű (CV+CC).

Az áramlüktetési paraméter megtalálható a konstans áramerősségű LED-tápegység műszaki dokumentációjában. Például: a MEANWELL cég HLG-320H-C jelű sorozatánál a maximális áramlüktetés értéke 5%, ám ahogy az a 3. ábrán látható, a tényleges, mért lüktetés 1,14%, ami kielégíti az (UEFA által létrehozott) Elit A osztályú stadionok 5%-os követelményét.

3. ábra. Áramerősség eltérése a specifikációtól a MEANWELL HLG-320H-C sorozatnál (bal oldal); mért áramerősség-eltérés a tesztjelentéshez viszonyítva, 1400 mA kimeneti áramerősség esetén (jobb oldal)

A CV modellek esetében a LED-tápegység kimenete és a LED-modul között gyakran alkalmaznak feszültségstabilizátor-modult. Az egész rendszer fényfibrillációs faktorának kiszámításakor figyelembe kell venni a stabilizátor paramétereit is. Amennyiben nem alkalmaztak stabilizátort, a számítást a CV+CC tápegységre alant megadott módszer szerint lehet elvégezni.

A CV+CC modellnél a számítást a lüktetés valamint zavarjel-paraméter alapján lehet elvégezni egy egyszerű matematikai átalakítással, a 4. ábrán jelzettek szerint. A példaként megadott lüktetési paraméter elég alacsony, mivel a számításban felhasznált lüktetési és zavarjel-paramétert két, külső kondenzátor alkalmazásával mérték meg, melyek kapacitásai 0,1 μF és 47 μF. Ahhoz, hogy precíz eredményeket kaphassunk, ajánlott a mérést közvetlenül a tápegységben elvégezni. A bemutatott képletet gyors számításokhoz lehet használni, összehasonlítási célokból.

4. ábra. Áramlüktetés számítása CV és CV+CC típusú LED-tápegység-modellek esetében

Fényfibrillációs faktort csökkentő rendszer konfigurálása

A 1000 FPS-től 2500 FPS-ig terjedő videós sávban pusztán háromfázisú hálózat használatával, fibrillációt elimináló, fejlett tápegység használata nélkül alacsony fényfibrillációs faktor érhető el. Mint ahogy az az 5. ábrán látható, a LED-tápegységek az AC-hálózat különböző fázisaira vannak telepítve, mivel az áramlüktetés mindegyik tápegységnél 120°-kal el van tolva, ezért a fibrilláció kisebb lesz, mint egy egyfázisú rendszerben. Végeredményben egy ilyen tápegység teljesíti az ultra slow motion módú videó kritikus követelményeit.

5. ábra. Alacsony fényfibrillációs faktor biztosítása háromfázisú AC-hálózat használatával

Összegzés

Az ultra slow motion videózás a fényforrásra vonatkozóan nagyon szigorú követelményeket támaszt, ugyanakkor LED-világítási rendszerek alkalmazása esetén a fénystabilitás a tápfeszültséget biztosító tápegység minőségétől függ. A sportintézmények igényeit szem előtt tartva, a MEANWELL komplett termékcsaládokat kínál, melyekkel olyan LED-világítási rendszerek építhetők, amelyek megfelelnek a legszigorúbb standard követelményeknek is – úgy labdarúgó-stadionokban, mint egyéb sportlétesítményekben egyaránt. A témakörrel kapcsolatban bővebb információ található a MEANWELL céggel közvetlen partneri kapcsolatban álló Transfer Multisort Elektronik vállalat oldalain.

A Transfer Multisort Elektronik honlapja

Tudomány / Alapkutatás

tudomany

CAD/CAM

cad

Járműelektronika

jarmuelektronika

Led technológia

Led technológia

Rendezvények / Kiállítások

Mostanában nincsenek események
Nincs megjeleníthető esemény