Anpassen der PWM-Aktualisierungsraten für Hochgeschwindigkeitskameras

Für saubere Zeitlupenaufnahmen von LED-Lichtquellen muss Ihre PWM-Frequenz weit über der Bildrate Ihrer Kamera liegen.

Ist die PWM-Frequenz hoch genug, wirken Zeitlupenaufnahmen wie durchgehendes Licht statt wie ein flackerndes Strobe. Es kommt darauf an, die PWM hoch genug zu setzen und dann Bildrate und Verschlusszeit der Kamera in einem Bereich festzulegen, in dem Flackern und Streifen verschwinden.

PWM vs. Bildwiederholrate: zwei Taktgeber für die Show

Jede LED in Ihrem Rig blinkt ständig an und aus. Diese Blinkgeschwindigkeit ist die PWM-Frequenz, und die Einschaltzeit innerhalb jedes Zyklus (Tastgrad) bestimmt bei den meisten PWM-gesteuerten LEDs tatsächlich die Helligkeit.

Bildrate und Bildwiederholrate sind zwei verschiedene Dinge. Der Controller sendet neue Bild- oder DMX-Daten mit einer relativ niedrigen Rate, während der LED-Treiber jedes Pixel bzw. jede LED pro Sekunde viel öfter neu ansteuert. Bei LED-Wänden ist der Wert von 1.920-3.840 Hz in den Datenblättern diese Wiederholrate des Treibers – und genau die sieht die Kamera.

Bei Hochgeschwindigkeitskameras ist die PWM das Erste, was Sie prüfen sollten. Belichtet die Kamera, während sich die LEDs im „Aus“-Abschnitt des PWM-Zyklus befinden, entstehen wandernde Streifen, pulsierende Belichtung und sichtbare Wellen – selbst bei einer teuren LED-Wand oder einem Rig aus PAR-Scheinwerfern und Moving Heads. LED-Panels mit hoher Wiederholrate helfen, aber ist die PWM zu langsam, sieht die Kamera das Strobe trotzdem.

Die richtige PWM-Frequenz für Hochgeschwindigkeitsaufnahmen wählen

Als grober Ausgangspunkt: Peilen Sie eine PWM-Frequenz an, die ein Vielfaches über der Bildrate Ihrer Kamera liegt, und bestätigen Sie das mit einer Testaufnahme. Je höher die Bildrate, desto höher muss die PWM sein, und bei extremer Zeitlupe bleibt nur sehr wenig Spielraum.

Bühnen- und Miet-LED-Wände, die mit hoher Wiederholrate beworben werden, liegen oft bei etwa 1.920-3.840 Hz. Diese Werte sind ideal für Handys und normale Broadcast-Videos und tauchen ständig in Datenblättern von LED-Displays auf, können bei hohen Bildraten und extremer Zeitlupe aber trotzdem Streifen zeigen.

Professionelle Videoleuchten für Hochgeschwindigkeitsaufnahmen treiben die PWM in den Bereich von Dutzenden Kilohertz, sodass jede Belichtung der Kamera viele PWM-Impulse umfasst. Dadurch wird aus einem diskreten Strobe praktisch ein durchgehendes Flächenlicht – selbst bei Verschlusszeiten im Mikrosekundenbereich.

Hinweis: Eine niedrigere PWM kann Fades bei manchen Scheinwerfern etwas weicher wirken lassen, das geht aber zulasten des Flackerns vor der Kamera. Im Zweifel haben die Kameras Vorrang, und Sie leben mit ein wenig „Körnung“ beim Dimmen.

Das Rig abstimmen: Scheinwerfer, Treiber und Kameras

Beginnen Sie auf der Lichtseite. Wählen Sie Scheinwerfer und Pixel mit veröffentlichten PWM-Angaben, ob LED-Wände, PAR-Scheinwerfer oder Moving Heads; bei kameraintensiven Shows sollten Sie eine Nenn-PWM von 4 kHz und mehr anstreben, und scheuen Sie sich nicht, das von Anbietern von „LED-Wänden mit hoher Wiederholrate“ und Treibern für Broadcast und XR einzufordern.

Viele Profi-Scheinwerfer bieten die PWM im Menü als „LED-Frequenz“ an, sodass Sie durch mehrere Kilohertz-Optionen blättern können; manche Scheinwerfer erlauben die Einstellung der LED-Frequenz direkt am Bedienfeld, sodass Sie sie erhöhen können, bis die wandernden Streifen auf Ihrem Referenzmonitor verschwinden.

Synchronisieren Sie jetzt die Kamera. Gegen allgemeines LED-Flackern wählen Sie Bildrate und Verschlusszeit so, dass sie in einem harmonischen Verhältnis zur PWM- oder Netzflimmerfrequenz stehen, damit jedes Bild einen gleichbleibenden Ausschnitt der Wellenform erfasst. Längere Verschlusszeiten (1/120 s statt 1/2.000 s) können über viele PWM-Zyklen mitteln und Streifen beruhigen, wenn keine extrem hohe PWM verfügbar ist.

Bei extremer Zeitlupe behandeln Sie Licht wie eine kostbare Ressource: Halten Sie die Dimmerwerte höher, damit die PWM-Tastgrade nicht hauchdünn werden, setzen Sie ND-Filter zur Belichtungssteuerung ein und erwägen Sie speziell gebaute Videoleuchten für Hochgeschwindigkeitsaufnahmen, statt gewöhnliche Haus-LEDs auf 5% zu fahren und auf das Beste zu hoffen.

Schnelle Praxistests, um Flackern aufzuspüren

• Lassen Sie Ihre Hauptkamera mit der angestrebten Bildrate und Verschlusszeit laufen und gehen Sie dann die PWM-/LED-Frequenz-Presets der Scheinwerfer durch, während Sie einen kalibrierten Monitor beobachten, bis Streifen und Wellen verschwinden.
• Richten Sie den Zeitlupenmodus Ihres Handys auf die Wand oder die Scheinwerfer; dunkle, wandernde Streifen verraten sofort eine niedrige PWM oder ungünstige Wechselwirkungen mit der Wiederholrate.
• Schwenken Sie schnell oder bewegen Sie den Kopf, während Sie auf LED-Quellen schauen; sehen Sie gepunktete oder gestrichelte Lichtspuren, ist die PWM noch zu langsam oder die Dimmerwerte sind für Ihren Kameraplan zu niedrig.
• Prüfen Sie bei großen LED-Wänden mehrere Farben und Helligkeitsstufen; manche Kombinationen aus Treiber und Scan-Rate verhalten sich bei niedrigen Graustufen anders als bei vollem Weiß.
• Halten Sie die „sauberen“ Kombinationen aus Scheinwerfermodus, PWM-Einstellung, Bildrate und Verschlusszeit in Ihrer Show-Dokumentation fest, damit der nächste Operator sie in Sekunden abrufen kann.

Notieren Sie für jeden Scheinwerfer die PWM-Einstellung, Bildrate und Verschlusszeit, die im Test sauber waren, dann können Sie sie bei jeder gefilmten Show wiederverwenden.