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2016年 6月 5日

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高速度カメラと LED 掲示板

私の持っているデジカメ(CASIO EX-ZR1300)には、解像度と明るさを犠牲にしてフレームレートを上げるユニークな動画撮影機能が搭載されています。FullHD 30fps の撮影はもちろん可能ですが、120fps(640x480)、240fps(512x384)、480fps(224x160)、最高で 1000fps(224x64)まで撮影が可能です。

フレームレート低め(120〜240fps くらい)でも、普段目に出来ない面白い画が撮れます。例えば、阪急高槻駅の LED 構内案内板を撮ってみます。


阪急高槻駅、LED 構内案内板(1/8 倍速撮影、240fps)

白の LED が上から下に向かって再描画されている様子が見えると思います。他のオレンジ、緑の部分はフリッカが見えないので、白い部分だけ描画が遅いということになります。面白い設計ですよね。

白い LED だから描画が遅いかというと、そんなことはありません。阪急の列車(1000系?)の LED 行き先案内表示を 240fps で撮ってもフリッカは見えません。


阪急電車、LED 行き先案内(1/8 倍速撮影、240fps)

若干モヤモヤして見えることからもわかりますが、常時点灯しているわけではありません。240fps だと遅すぎて再描画の様子が映らないだけです。論より証拠で、次に 1000fps で撮ってみます。


阪急電車、LED 行き先案内(1/33 倍速撮影、1000fps)

すさまじい勢いで上から下に再描画が掛かっています。この動画をコマ送りで見ると 5コマ程度で全体を書き終えているように見えます。カメラの性能を信じるなら、案内板のフレームレートは約 200fps です。何故だかわかりませんが、べらぼうに速いですね。

他にも高速に再描画しているものはあります。阪急富田駅の LED 案内板を 1000fps で撮ってみます。


阪急富田駅、LED 案内板(1/33 倍速撮影、1000fps)

これは 7〜8コマで書き終えているようなので、約 150fps くらいでしょうか。これも人の目にはまず感知できないでしょう。

さきほどから LED ばかりですが、同じ LED でも変わり種の LED 式の歩行者用信号を 1000fps で撮ってみました。


LED 式、歩行者用信号(1/33 倍速撮影、1000fps)

高速に ON -> OFF されていることがわかります。信号に再描画は要らないので、明るさ調整のための PWM 制御でしょう。お昼でも信号は全力で点灯しているわけではないのが意外でした。

で、ここからは推測ですが、運転していて「信号がまぶしい!」と思ったことはないので、昼と夕方と夜で、信号の明るさを変えていると思われます。

すなわち、同じ LED 式信号機でも、時間を変えて撮影すれば、今回撮った動画とは違う間隔で ON -> OFF されている様子が撮れるのではないか?と考えています。

心配事があるとしたら、夜は恐らく光量不足で撮影不可能だし、何度も撮りに行くのが激しく面倒くさいことですね…。

[編集者: すずき]
[更新: 2016年 6月 6日 00:01]

コメント一覧

  • hdk 
    昔、高速道路のトンネル内の消火設備の赤いランプが点滅していることに気づいたのを思い出しました。あれは単純に交流電源の都合で点滅していただけと思いますが (でも当時主流の電球だったらダイオードでも入れない限り点滅は目立たないと思うのですが)、LED 信号機のはなんででしょうね... 電球型は昼夜で明るさを変えるような凝った作りではなかったと思うので LED 型も明るさは変えていないと思っているのですが。 
    (2016年06月06日 00:58:48)
  • すずき 
    LED 信号が点滅しているのは単に明るさ MAX だと眩しいからではないかと思いますが、電球は良く分かりませんね。実は蛍光灯だったのかもしれません。
    夜の明るさがどうなっているか、証明するには夜中に撮ってみるしかないですね。映るかなあ…。 
    (2016年06月08日 11:32:43)
  • IKeJI 
    コメント : 昇圧用にインバータが使われていているから、とか。
    定電流装置が発振してる、とかでしょうか? 
    (2016年06月11日 16:39:54)
  • すずき 
    あまり詳しくないんですが、電球もインバータが要るんでしたっけ?水銀灯とか放電系の電灯なら要りそうですけど。
    道路の信号は実物も手に入らないし、これ以上はなんともわからないですね…。 
    (2016年06月12日 17:38:02)
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2016年 5月 30日

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In to Out のレイテンシ - Linux 編

昨日(2016年 5月 29日の日記参照)の続き。Linux でも測ってみました。

Windows で測ったときと同様に、オシロの目盛が振り切れない程度に音量を調節しました。Linux はループバック再生のやり方は特にありませんので、下記のようにarecord と aplay をパイプで繋いでみました。

arecord -D plughw:1 -f dat -B 10000 | aplay -D plughw:1 -f dat -B 10000

バッファはデフォルトだと 500ms 近かったので、arecord 側も aplay 側も 10ms に設定しています。パイプの分もバッファがあるので、最大で 20ms + α 程度のレイテンシになると思われます。

まず Creative の Sound Blaster Play! を測ってみました。


In to Out のレイテンシ(Linux) - Sound Blaster Play!

おお、結構良いじゃないか。と思ったのですが、なぜか入力より出力が遅いようで、しばらく放っておくとレイテンシが変わってしまいます。


In to Out のレイテンシ(Linux) - Sound Blaster Play! その 2

同じ機器なのに、録音と再生の速度が違うのは妙です。録音側を plug で変換しているからでしょうか。良く分からんな…。

[編集者: すずき]
[更新: 2016年 5月 31日 01:06]

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2016年 5月 29日

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In to Out のレイテンシ - Windows 編

先日(2016年 5月 22日の日記参照)の続き。オシロスコープを引っ張り出してきて、測ってみました。

Windows 側でサウンドデバイスの設定は特にせず、オシロの目盛が振り切れない程度に音量を調節したのと、録音デバイス側の「このデバイスを聴く」のチェックをつけ(=ループバック再生)るだけに留めました。

下記のように接続して、オシロスコープの Ch1 に単発トリガを掛けて、どれだけ遅れて音が鳴るかを調べました。スプリッタと格好良く書いていますが、単にステレオで出力して、赤白ケーブルの赤と白に分けているだけです…。


In to Out のレイテンシ測定

ちょっとした工夫として、入力信号の周波数を低め(100Hz)にして、波長の整数倍(今回は 0.05s、つまり 5波形分)のパルスにしています。

周波数を低くするのは、オシロの時間軸を長めに取ったときでもグラフが潰れず波形をカウントしやすいためです。

パルスを波長の整数倍にするのは、入力と出力の一致を見るためです。たまに無音状態から出音すると先頭の音が欠けてしまう(ポップノイズ防止のため、ボリュームにフェードを掛けて出す)デバイスがあります。その手のデバイスに当たると、フェードの分だけ遅れているように見えるため、不当に悪く評価してしまうからです。

最初は Creative の Sound Blaster X-Fi Go! Pro(約 4,000円)です。


In to Out のレイテンシ - Creative SoundBlaster Go! Pro

約 100ms ですね。

次は、同じく Creative の Sound Blaster Play(約 1,000円)です。


In to Out のレイテンシ - Creative SoundBlaster Play!

わずかに早い、約 90ms です。

最後は ONKYO SE-U33GXV2(約 13,000円)です。このデバイスは内部で直結されているらしく「このデバイスを聴く」をチェックしなくてもループバック再生されていました。


In to Out のレイテンシ - ONKYO SE-U33GXV2

これは 0ms と言っても過言では無いです。あまりにも同時に鳴ってしまい、グラフが重なって見えないので、グラフを上下にずらしています。

しかし Windows の設定なんて完全に無視してくれるので、ループバック再生できているとは言えないような。。。


In to Out のレイテンシ - ONKYO SE-U33GXV2「このデバイスを聴く」

ちなみに「このデバイスを聴く」にチェックを入れると、同じ音が二回鳴ってしまいます…。レイテンシはやはり 100ms くらいです。Windows はこんなもんなのかなあ?

[編集者: すずき]
[更新: 2016年 5月 29日 19:48]

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