很多朋友对于使用相机定量检测光闪烁和不太懂，今天就由小编来为大家分享，希望可以帮助到大家，下面一起来看看吧！

拍照时，我发现有些灯在闪烁。所以我想系统地测量它们的闪烁。我手头正好有一台Basler工业相机，它是逐行扫描的，可以做到这一点。

原理

交流电

频闪光源主要来自交流电。因为在交流电的驱动下，光的强度随时间而变化。

市电的波形是正弦波，其功率可以简化为正弦波的平方。可以看出，频率与2次有关。

因此，对于50Hz的市电电源，白炽灯的频闪为100Hz。

对于其他灯，可能有AC/DC转换、恒流驱动和PWM调光。不管怎样，只要有一定的低频交流成分，就会出现频闪。

逐行扫描

对于100Hz的频闪，人眼一般感觉不到。假设我们使用每秒可以拍摄1000张照片的相机，固定曝光（光圈/快门/ISO），在灯光下拍摄白纸的照片。这些照片的亮度和暗度会定期变化。我们可以从这些照片中分析亮度随时间的变化。

然而，我没有这么快的相机。但我有一台逐行扫描相机，可以在10毫秒内“拍摄”2000行（实际上只是一张照片）。我们分析每条线的亮度变化，可以做同样的事情。

逐行扫描相机（图像传感器CCD或CMOS）实际上是比较低端的，有时被称为卷帘快门（它的反义词是全局快门）。其实它们都是电子开关。卷帘快门可以比作卷帘。下面是原理示意图。

在全局快门模式下，所有CCD/CMOS 点同时曝光，然后逐行读出。

卷帘快门模式下，每行曝光存在时间差，边曝光边读出数据。（但不是严格顺序的，曝光时间可以重叠）

“每行时间差”对于此测量很重要。我使用的Basler模型的这个参数是35us。这意味着行采样的采样率为1/35us，即28.57KHz。这个值远高于每秒1000张图片。

测量方法及注意事项

这种测量方法有一个重要前提：同一时刻，场景中每条线的亮度相等。否则，如果拍摄的照片每一行的亮度不同，这是由于场景中亮度的固有差异造成的，还是由于光源亮度随时间的波动而导致的？简而言之，如果要衡量时间上的波动，空间上就不应该有波动。

为了达到这个目的，我们需要让光源严格垂直于白纸，那么相机也必须垂直于白纸。但这样操作起来比较困难。所以我使用了一个奇怪的技巧：将相机直接对准光源，而不使用镜头。这样，光源的形状就不会成像在“负片”上，而只是均匀的白光（类似于镜头未对焦时的模糊）。

另外，曝光时间越短越好。试想一下，如果对100Hz的光源使用10ms的曝光时间，每一行的曝光时间是一个完整的交流电周期，它们的曝光量相等，不会观察到频闪。

测量数据

测量使用的节能灯、日光灯比较老旧，护眼台灯都是杂牌。

测量的原始数据是一张一张的照片。滚动条纹在某些照片中清晰可见，而在其他照片中则不然。

例如，

曝光70us、5ms的白炽灯有明显条纹；而10ms曝光的白炽灯看不到条纹，因为正好是一个周期； 11ms曝光的白炽灯有条纹，但不那么明显，因为它相当于一个周期曝光的底部。另外0.1周期的波动叠加在颜色上。

数据分析

为了获得定量结果，需要对照片进行分析。通过在ImageJ中编写几行脚本，很容易得到每行的平均亮度。

通过将每行的亮度绘制为曲线，您可以得到该图。

频闪指数或波动深度定义为亮度相对于平均亮度的波动幅度，波动幅度为峰谷差的一半，即：

波动深度（频闪指数）=（H-L）/（H+L）=（196-160）/（196+160）=10.1%

测量结果

下图是亮度波形。你可以看到：

除松下未来之光（*）、小米Yeelight、护眼台灯外，其他均带有频闪。除手电筒外，所有带频闪的商用光源均具有100Hz 频闪。松下Mirai Light实际上可以看到100Hz的波动，但幅度很小。为了便于整齐放置，不同光源的曲线在Y轴上乘以不同的系数，并不影响结果。

日光灯的曲线有点特殊，可能与电路及其发光原理有关。

护眼台灯的曲线也不同。这是散点图放大后的样子。如果再放大，可以看到它仍然是一条周期性波动曲线，但频率更高了。

将数据保存为PCM，您可以在Audacity 中查看其频谱。峰值位于8379Hz，我们可以将其视为其选通频率。

下图是测量结果的总结。主要指标有两个：频闪频率和波动深度（频闪指数）。峰谷值是计算时选择的中间结果；曝光时间是当前测量对应的曝光时间。严格来说，曝光时间越短，结果越准确；曝光时间越长，闪烁指数就会降低。

对测量的若干思考

一致性问题

多次测量时，相机与光源之间的距离会发生变化，曝光时间也可能会发生变化。结果能否保持一致？

做了几次实验。

图中，A1和A2测得的亮度值不同，但最终的波动深度结果是相同的。 A3的曝光时间加长，结果变小了一点，这是符合预期的。 B1是另一盏灯，结果比较接近。这基本上表明测量是可靠的。

曲线不平的问题

在前面的很多图中，可以看到亮度曲线整体并不平坦。这并不是说光线的亮度有低频波动，而是相机和光线不垂直或者有渐晕，会导致光线在平面上分布不均匀。这种波动将反映在每行的平均亮度上。这是很难避免的，但并不影响选通频率和幅度的测量。

因此，在计算波动深度时，我选择了两个相邻的波峰进行平均，并选择了两个波峰之间的波谷。见上图。

至于光强是否真的存在低频波动？首先，理论上50Hz以下不太可能出现波动。实验上，我们可以使用普通的30帧率相机通过采样的方式进行测试，看看是否有低频波动。

采样频率和曝光时间

前面提到过，我使用的相机是线扫描相机，行采样频率为28.57KHz。根据采样定理，它可以检测14.28KHz及以下的频闪。

如果曝光时间为140us，那么频率似乎只能达到1/140us或者7.14KHz。是这样吗？

事实上，只要曝光时间不是频闪周期的整数倍，即使是10.1倍，积分后仍然会有波动，因为每次采样都存在相位差。但这个波动范围会被压平，因此测量的精度会降低。

根据之前对护眼台灯的测量，频闪频率为8379Hz，140us的曝光时间已经超过了频闪周期（119us），所以测得的频闪指数应该太小了。

下图是在Mathematica中制作的模型，用于说明不同曝光时间对测量波动深度的影响。

光源采用标准正弦波。你可以看到：

当曝光时间为光源周期（红、橙）的1/10或1/5时，影响很小。当曝光时间达到光源周期（绿色）的1/2时，测量结果仍然接近实际波动的60%。即使曝光时间超过光源周期，如1.2倍，也能检测到波动，但只有实际值的15%。根据该模型修正护眼台灯的尺寸：

FindMaximum[Sample[x, 140/119 Pi], {x, 0, Pi}] 结果是：10.5712

测量值/实际值=(10.5712 10.5)/0.5=0.1424

修正后的波动深度为：1.2%/0.1424=8.4%

利用该方法，我们可以得到测量精度与曝光时间的关系，如下图：

测量精度与相对曝光时间的关系（横坐标：曝光时间与频闪周期之比）

按帧采样的测量

在灯光下，对着白纸或白墙拍摄视频，然后计算每帧的平均亮度。

在Linux下，您可以简单地使用identify工具来获取帧的平均亮度。识别来自ImageMagick。 shell脚本如下。将输出保存为CSV 以绘制曲线。

ffmpeg -i video.mov %d.jpgfor i in {1.600}do echo -n $i, recognize -verbose $i.jpg | ffmpeg -i video.mov %d.jpgfor i in {1.600} grep 意思|尾-n 1 | awk ‘{print $2}’done 由于频闪周期、采样周期、曝光时间之间不存在倍数关系，采样亮度呈现出非常复杂的“类周期”波动。

由于曝光时间是频闪周期的3.3倍，波动被平滑了很多。由图计算的波动深度为0.51%。之前的测量方法得出的结果是5.3%。

因此，采用低帧率帧采样，只能看到是否有频闪，而无法准确获取频闪频率和波动深度。