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. Es tritt in der Regel auf, wenn die Helligkeits- oder Farbeigenschaften auf niedrige oder instabile Werte eingestellt sind, was dazu führt, dass die Bilder zwischen verschiedenen Stufen schwanken oder "flackern".

In einigen Fällen kann dieser Effekt beabsichtigt sein, z. B. bei der Verwendung von Blinklichtern an einem Einsatzfahrzeug. In den meisten Fällen ist Lichtflimmern jedoch unbeabsichtigt. Aufgrund seines wechselnden Charakters kann es schwierig sein, Flimmern in einer Testumgebung zu quantifizieren. Angesichts der fortschreitenden Entwicklung 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. Leider gibt es derzeit keinen international anerkannten Standard für Flicker-Leistungstests.

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. Für Kameras und Sensorsysteme in diesen Branchen ist es unerlässlich, die Modulation der Lichtquelle (Flimmern) abzuschwächen, um sich an die wechselnde Umgebung anzupassen und eine hohe Leistung und Sicherheit zu gewährleisten.

So muss beispielsweise ein ADAS-System auch bei uneinheitlichem Lichtflimmern immer korrekt reagieren, um gefährliche Fahrsituationen zu vermeiden.

LED Flicker Mitigation (LFD) ist eine Technik zur Reduzierung der sichtbaren Auswirkungen von LED-Flimmern. Sie wird eingesetzt, um die Effizienz und Qualität der LED-Beleuchtung zu verbessern und gleichzeitig die durch Flimmern verursachte visuelle Unannehmlichkeit zu verringern.

Durch den Einsatz der LED-Flickerminderungs-Technologie (LFM) im Automobilsektor ist es möglich, qualitativ hochwertige Informationen zu erhalten, indem das Flimmern unterdrückt wird, das bei der Darstellung von Ampeln und Schildern mit LED-Lichtquellen auftritt.

Die in Verkehrsampeln und -schildern verwendeten LED-Lichtquellen schalten sich, wie oben erläutert, wiederholt mit einer Frequenz ein und aus, die für das menschliche Auge nicht erkennbar ist.

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 LED-Lichtquelle ausgeschaltet ist, so dass die Lichtemission 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-Emissionsdauer.

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.