Линия сканирования

Применение сканирования с временным разделением для светодиодного экрана

Если бы вы использовали традиционную конструкцию статического сканирующего экрана, для одного квадратного метра светодиодного дисплея P16 потребовалось бы 768 микросхем светодиодных драйверов. Но для светодиодного дисплея P4 того же размера вам понадобится колоссальные 12 288 микросхем драйверов светодиодов! (Как рассчитать?) Практически невозможно разместить такое количество полупроводниковых компонентов на одной и той же площади печатной платы. . Вот почему мы используем так называемое сканирование с временным разделением, особенно для светодиодных экранов с высокой плотностью пикселей и малым шагом пикселей. Взгляните на рисунок ниже: он показывает, как это работает. Светодиоды загораются по одному ряду, начиная с ряда 1 и заканчивая рядом n. Когда приходит время осветить ряд 1, транзистор Q1 включается, и микросхема драйвера светодиода активирует светодиод на основе значения шкалы серого. При этом транзисторы с Q2 по Qn закрыты.

Схема сканирования с временным разделением

Принцип сканирования с разделением времени в светодиодных дисплеях аналогичен принципу работы электронно-лучевой трубки (ЭЛТ). Когда мы делаем фото или записываем видео светодиодного дисплея с выдержкой выше, чем частота обновления светодиодного дисплея, на полученном изображении появляются черные линии, как показано на рисунке ниже. Они называются линиями сканирования.

На светодиодном экране отображаются линии сканирования из-за низкой частоты обновления

На рисунке ниже в качестве примера показана схема с 4 сканированиями. Для завершения сканирования 4 строк требуется время «А». Если мы сфотографируем этот дисплей с выдержкой, меньшей, чем время «А», мы назовем это временем «В», будут отображаться только строки с 1 по 3, поэтому на экране каждые 4 строки будут появляться черные линии. Однако, если мы используем более длинную выдержку, чем время «А», скажем, время «С», светодиодный экран сможет завершить отображение строк с 1 по 4, и мы получим полное изображение. Мы называем частоту обновления этого дисплея 1/А Гц.

Временная диаграмма светодиодного сканирующего экрана

Яркие/Тёмные линии

10-кратная частота обновления

Поскольку светодиодные экраны стали популярными в качестве фона для конференций, фотографы часто сталкиваются с проблемами. Например, при съемке человека перед светодиодным экраном яркий фон может привести к тому, что человек на фотографиях будет выглядеть слишком темным. Чтобы противодействовать этому, на объекте используется дополнительное освещение, осветляющее всю сцену. Однако при съемке камера выполняет настройку, сужая диафрагму и сокращая выдержку (S ≥ 200). К сожалению, это приводит к другой проблеме: на заднем плане светодиодного экрана появляются яркие и темные линии, как показано на рисункениже.

Из-за чрезмерной яркости светодиодного экрана фотография главного героя выглядит слишком тёмной.

Рис.: Светлая линия и темная линия на светодиодном экране

Почему вместо решения линии сканирования появляется яркая/темная линия? Это будет объяснено с помощью следующей схемы моделирования.

А. Съемка светодиодного экрана с разверткой 1/16 и частотой обновления 960 Гц при использовании выдержки 1/200:

Если светодиодный экран «А» рассчитан на развертку 1/16 с частотой обновления 960 Гц, при фотографировании этого светодиодного экрана со скоростью затвора 1/200 будет получен результат, аналогичный показанному на рисунке выше… : где яркая линия и темная линия на светодиодном экране. Причина в том, что для светодиодного экрана с частотой обновления 960 Гц требуется не менее 1042 мкс для полного отображения. (1/960=1042 мкс). Выдержка 1/200 означает, что время экспозиции составляет 1/200=5000 мкс.

Для сканирования 1/16 каждая строка/строка сканирования требует 66 мкс (1042 мкс/16–66 мкс). Предположим, мы нажимаем кнопку спуска затвора, когда 4-я строка отображается в интервале времени 1, тогда строки с 4 по 15 будут повторно экспонироваться 5 раз на светочувствительном компоненте камеры, но строки с 1 по 3 и строка 16 будут экспонироваться только повторно 4. раз. Поскольку 5000 мкс достаточно только для 4 раз экспонирования 16 строк/рядов сканирования, а оставшихся 832 мкс (5000 мкс - 1042 мкс * 4 = 832 мкс) достаточно только для однократного экспонирования примерно 12 строк/рядов сканирования (832 мкс / 66 мкс â 12.6 Строки/строки сканирования). Оставшимся 4 линиям/рядам сканирования (16–12=4) не хватает времени для выполнения еще одной экспозиции. Таким образом, ряды с 4 по 15 на этой фотографии будут на 25 % ярче, чем другие линии/ряды, что является причиной появления ярких линий на светодиодном экране.

А. Съемка светодиодного экрана с разверткой 1/16 и частотой обновления 960 Гц при использовании выдержки 1/200

Б. Съемка светодиодного экрана с разверткой 1/16 и частотой обновления 1920 Гц при выдержке 200:

Предположим, что светодиодный экран «Б» также рассчитан на развертку 1/16, но частота обновления увеличена в два раза до 1920Гц, а при фотографировании этого светодиодного экрана с той же выдержкой 1/200. Светодиодному экрану с частотой обновления 1920 Гц требуется не менее 521 мкс для полного отображения. (1/1920–521 мкс)

Для сканирования 1/16 каждая строка/строка сканирования требует 33 мкс (521 мкс/16–33 мкс). Предположим, мы нажимаем затвор, когда 4-я строка отображается в интервале времени 1, тогда строки с 4 по 10 будут многократно экспонироваться 10 раз на светочувствительном компоненте камеры, а строки с 1 по 3 и строки с 11 по 16 будут многократно экспонироваться. 9 раз. Потому что для светодиодного экрана с частотой обновления 1920 Гц для полного отображения одного изображения требуется не менее 521 мкс (1/1920 = 521 мкс). В то время как выдержка 1/200 означает, что время экспозиции составляет 1/200 = 5000 мкс. достаточно для экспонирования 16 строк/строк сканирования 9 раз, но оставшиеся нас (5000 мкс - 521us * 9 = 311us) достаточно только для однократного экспонирования примерно 9 строк/рядов сканирования (311us / 33us = 9,4 строк/рядов сканирования, строки с 4 по 10). Оставшимся 7 строкам/рядам сканирования (16–9=7, ряды с 1 по 3 и ряды с 11 по 16) не хватает времени для выполнения еще одной экспозиции. По сравнению со светодиодным экраном «А» с разницей яркости 25%, разница яркости светодиодного экрана «B» будет уменьшена до 11%. Как показано на рисунке ниже, проблема с яркими линиями на светодиодном экране значительно уменьшена.

Съемка светодиодного экрана с разверткой 1/16 и частотой обновления 1920 Гц при использовании выдержки 200

Для решения распространенных проблем, связанных с «яркими/темными линиями» или «сканирующими линиями» во время съемки, фундаментальным решением является использование светодиодного экрана с более высокой частотой обновления. Считается, что выдержка 200 очень распространена в условиях высокой яркости. Согласно 10-кратной частоте обновления теории, частота обновления обычного светодиодного экрана должна соответствовать как минимум выдержке 200 * 10-кратная частота обновления = 2000 Гц, чтобы избежать выше. проблемы.