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科普:為什么 LED 燈會(huì)在相機(jī)上出現(xiàn)頻閃

2021/6/18 8:45:39 來(lái)源:新浪科技 作者:葉傾城 責(zé)編:遠(yuǎn)洋

“頻閃效應(yīng)”是一種可察覺(jué)的閃爍效果,通常在手機(jī)朝向 LED 光源拍攝時(shí)會(huì)出現(xiàn)。

你是否看到過(guò)手機(jī)相機(jī)拍攝 LED 光源時(shí)會(huì)頻閃圖像,但直接肉眼觀看時(shí)卻是正常的?你可以做一個(gè)非常簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn),開(kāi)啟你的手機(jī)攝像頭,將其對(duì)準(zhǔn)一個(gè) LED 光源,如果你的汽車有日光燈,那么通過(guò)智能相機(jī)攝像頭就能很容易觀察到這種奇怪現(xiàn)象。

無(wú)頻閃的 LED 燈對(duì)兒童視力具有保護(hù)性。

事實(shí)上,LED 光源閃爍的頻率是人類肉眼無(wú)法察覺(jué)的,車評(píng)愛(ài)好者經(jīng)常會(huì)遇到一些令其抓狂的場(chǎng)景:當(dāng)對(duì)汽車拍照時(shí),汽車啟動(dòng)日光燈,最終的拍攝效果會(huì)令他們十分沮喪,這種頻閃效應(yīng)可以簡(jiǎn)單地解釋為兩種燈光的沖突。

什么是頻閃效應(yīng)?

如果你翻閱之前的物理書(shū)籍,你會(huì)發(fā)現(xiàn)人們通常有一種傾向,被稱為“視覺(jué)暫留現(xiàn)象”,我們能持續(xù)感知事物,即使它們不再出現(xiàn)在我們眼前,我們能夠看到“持續(xù)圖像”,而不是一組離散的靜態(tài)圖像。

LED 光源高頻閃爍,肉眼是無(wú)法察覺(jué)到的,因此,我們看到燈是開(kāi)著的,直到我們將電源完全關(guān)閉。同樣,視頻實(shí)際上是一系列快速連續(xù)捕捉的圖像,這些圖像是以每秒幀數(shù)為單位捕獲的,當(dāng)我們一起玩游戲時(shí),這種持續(xù)性的視覺(jué)會(huì)欺騙我們的大腦,使其將屏幕上的事件視為一個(gè)連續(xù)的流體運(yùn)動(dòng)。

當(dāng)每秒幀數(shù)超過(guò) LED 光源頻率時(shí),手機(jī)相機(jī)呈現(xiàn)出明顯的閃爍效果,這就是頻閃效應(yīng)。

LED 燈在開(kāi)啟和關(guān)閉狀態(tài)快速切換時(shí)會(huì)出現(xiàn)閃爍,是否閃爍主要取決于提供給它的電流性質(zhì)。通常情況下,LED 燈閃爍頻率非常高,人類肉眼無(wú)法直接察覺(jué),或者說(shuō)是肉眼不可見(jiàn)的,因此,人們可以放心,任何可見(jiàn)的相機(jī)閃爍實(shí)際上是燈光運(yùn)行正常,唯一應(yīng)該引起關(guān)注的是人類的眨眼。然而,說(shuō) LED 燈在運(yùn)行時(shí)始終處于閃爍狀態(tài)是一個(gè)非常寬泛的說(shuō)法。

動(dòng)作是一組靜態(tài)鏡頭,由于我們的視覺(jué)持久性,在人眼看來(lái)是流體。

直流電源

當(dāng)直流電源對(duì) LED 燈提供電能時(shí),這里指的直流電源通常是蓄電池,LED 燈二極管中始終處于帶電狀態(tài),因此,它們不斷地釋放光能,并保持接通狀態(tài),直到電路斷開(kāi)。手機(jī)相機(jī)拍攝由直流電供電的 LED 燈時(shí),畫(huà)面將出現(xiàn)持續(xù)頻閃。

交流電源

交流電通常是由墻壁插座之類的電源提供,從本質(zhì)上講,交流電在一個(gè)周期內(nèi)開(kāi) 2 次關(guān) 3 次,因此,被激發(fā)的電子以光的形式消耗所有的能量,返回至電子外殼 3 次,然后再次被激發(fā)。因此,一個(gè)直接連接到交流電源的 LED 燈會(huì)在視頻中出現(xiàn)閃爍。

然而,將 LED 燈直接連接到交流電源是不可行的,這會(huì)導(dǎo)致 LED 燈壽命由于開(kāi)關(guān)狀態(tài)循環(huán)切換而顯著降低。因此,它們被連接到被稱為“驅(qū)動(dòng)器”的調(diào)節(jié)器,在將它們布線連接燈光之前,它將交流電轉(zhuǎn)換為直流電,通過(guò)驅(qū)動(dòng)器運(yùn)行的 LED 燈不會(huì)顯示閃爍。

脈沖寬度調(diào)制

伴隨著傳輸技術(shù)的不斷發(fā)展,LED 燈導(dǎo)致手機(jī)相機(jī)頻閃不僅完全歸因于交流或者直流電源,由驅(qū)動(dòng)器供電的 LED 燈會(huì)出現(xiàn)閃爍,為了達(dá)到降低功耗的作用,電源可捆綁成離散脈沖電流,而不是連續(xù)電源,這就是所謂的脈沖寬度調(diào)制,通常用于汽車日光燈。

硬幣電池是一個(gè)直電流源,保持 LED 燈處于開(kāi)啟狀態(tài),除非電路斷開(kāi)。

頻閃能夠停止嗎?

停止頻閃本身是非常無(wú)益的,然而,刺激性頻閃效應(yīng)是我們?cè)噲D消除的,雖然消除頻閃效應(yīng)是一項(xiàng)難以置信的精度任務(wù),但它很容易通過(guò)調(diào)整幀速和快門(mén)速度來(lái)降低。

除美國(guó)之外,交流電是以 50 赫茲的頻率提供的,這意味著電流在 1 秒鐘內(nèi)會(huì)在開(kāi)啟和關(guān)閉之間改變 50 次。通過(guò)調(diào)整相機(jī)參數(shù),即快門(mén)速度和幀數(shù)率為 50 的倍數(shù)或者分?jǐn)?shù),從而顯著降低頻閃效果。

一些 LED 燈是由驅(qū)動(dòng)器調(diào)節(jié)的,通過(guò)調(diào)節(jié)它們的開(kāi)關(guān)周期控制閃爍頻率,如果調(diào)節(jié)其閃爍速率超過(guò)相機(jī)幀數(shù)率,就可以有效地消除頻閃效應(yīng)。

白熾燈泡也會(huì)閃爍嗎?

像 LED 燈一樣,白熾燈泡在交流電中切換開(kāi)啟和關(guān)閉,也就是說(shuō),在關(guān)閉狀態(tài)下,白熾燈泡中的燈絲沒(méi)有充分冷卻,這將在手機(jī)相機(jī)上不會(huì)呈現(xiàn)顯著效果,因此,我們不可能在手機(jī)相機(jī)上看到白熾燈泡閃爍。

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