Was ist LED Flicker Mitigation (LFM)?

Um zu verstehen, was LFD ist, müssen wir uns zunächst ansehen, was mit Flimmern gemeint ist und wie es die Bildqualität beeinflusst.

Lichtflimmern ist definiert als eine periodische Änderung der Helligkeit oder Intensität einer Lichtquelle.

Wie bei einem Blinklicht eines Einsatzfahrzeugs kann diese Veränderung beabsichtigt sein, während ein Beispiel für ein unbeabsichtigtes Flimmern die Lichtschwankungen von digitalen Straßenschildern sind. Aufgrund seiner wechselnden Beschaffenheit kann es schwierig sein, Flimmern in einer Testumgebung zu quantifizieren. Angesichts der ständigen Weiterentwicklung von Kameras und Sensoren in bestimmten Branchen, wie z. B. bei fortschrittlichen Fahrerassistenzsystemen (ADAS), anderen Automobilsystemen und Sicherheitssystemen, ist es jedoch unerlässlich, Flimmern in einer Laborumgebung nachzubilden und zu testen.

Bei herkömmlichen Kameratests werden Kamerasysteme in der Regel nicht auf das Flimmern des Lichts getestet. Andere Kameras, wie z. B. Kfz-Systeme, müssen in jedem Beleuchtungsszenario auf höchstem Niveau arbeiten, um die Einhaltung von Sicherheitsstandards zu gewährleisten. Leider gibt es derzeit keinen international anerkannten Standard für Flickerleistungstests.

Flimmern tritt häufig bei LED-basierten Lichtquellen auf, die zur Steuerung der Lichtintensität die Technologie der Pulsweitenmodulation (PWM) verwenden. Flimmern ist eine zeitliche Lichtmodulation (TLM) des Lichts, das auf einen Kamerasensor trifft.

Da dieser Sensor eine diskrete Abtastung der Lichtintensität (Belichtungszeit) hat, kann die Kombination aus schnellem Ein- und Ausschalten des Lichts und dem Aufnahmeprozess zu unerwünschten digitalen Artefakten führen.

Im Allgemeinen bestimmen die Frequenz und das Tastverhältnis der in der Lichtquelle verwendeten PWM zusammen mit der Phasenverschiebung zwischen der Lichtquelle und der Aufnahmerate der Kamera die Anzahl der beobachtbaren Artefakte in einem Bild oder Video, die durch flackernde Lichtquellen entstehen.

In der Automobilindustrie wird flimmerndes Licht in zwei Kategorien unterteilt: Reflexionsflimmern und Leuchtmittelflimmern.

Eine flackernde Lichtquelle, die die Szene beleuchtet, sich aber nicht im Sichtfeld der Kamera befindet (z. B. die Beleuchtung in einem Parkhaus), wird als Reflexionsflimmern bezeichnet.

Eine flackernde Lichtquelle, die die Szene innerhalb des Sichtfelds der Kamera beleuchtet (z. B. die Scheinwerfer eines herannahenden Fahrzeugs), wird als Beleuchtungsflimmern bezeichnet.

Lichtflimmern kann fast alle Branchen betreffen, die auf Kameras und Sensoren angewiesen sind, am deutlichsten tritt es jedoch in der Automobil- und Sicherheitsbranche auf. In diesen Branchen tritt Flimmern häufig auf, da sich die Umgebungsbedingungen ständig ändern und ein breites Spektrum an Beleuchtungssituationen erzeugen. Die Kamera- und Sensorsysteme in diesen Branchen müssen die Modulation der Lichtquelle (Flimmern) abschwächen, um sich an die wechselnde Umgebung anzupassen und eine hohe Leistung und Sicherheit zu gewährleisten.

Ein ADAS-System muss beispielsweise auch bei uneinheitlichem Lichtflimmern immer richtig reagieren, um eine gefährliche Fahrsituation zu vermeiden.

Durch den Einsatz der LED-Flimmerunterdrückungstechnologie (LFM) im Automobilbereich ist es möglich, qualitativ hochwertige Informationen zu erhalten, indem das Flimmern unterdrückt wird, das bei der Abbildung von Verkehrsampeln und Schildern auftritt, die eine LED-Lichtquelle verwenden.

Die LED-Lichtquellen, die in Verkehrsampeln und -schildern usw. verwendet werden, schalten sich, wie oben erläutert, wiederholt mit einer Frequenz ein und aus, die vom menschlichen Auge nicht wahrgenommen werden kann.

Wenn die Belichtungszeit bei der Aufnahme mit einem Bildsensor kürzer ist als das Ein- und Ausschaltintervall, wird das Bild möglicherweise in der Zeit aufgenommen, in der die Lichtquelle ausgeschaltet ist, so dass die Lichtemission der LED nicht erfasst werden kann.

Es besteht auch die Gefahr, dass der leuchtende Zustand fälschlicherweise als blinkender Zustand erkannt wird.

Die Verwendung einer Belichtungszeit, die länger ist als die Emissionszeit, ermöglicht die Erfassung einer LED-Lichtquelle, birgt aber das Problem, dass ein Pixel in manchen Situationen gesättigt werden kann und es zu Ausblühungen kommen kann.

Die Hersteller von Bildsensoren für Kraftfahrzeuge haben Maßnahmen ergriffen, um sicherzustellen, dass eine Sättigung der Pixel auch dann nicht auftritt, wenn die Belichtungszeit länger ist als die LED-Emissionszeit.

Dadurch ist es möglich, die LED-Lichtquelle in jeder Periode zu erfassen, um ein qualitativ hochwertiges Bildsignal ohne Flimmern zu erhalten; daher wird diese Lösung als LED-Flickerminderung (LFD) bezeichnet.