LED信号機の点滅（ドライブレコーダ）

質問

100V交流の周波数は，糸魚川静岡構造線を境に，東日本は50Hz，西日本は60Hzです。

LED信号機ですが，全波整流で点灯させているため，東日本は100Hz，西日本は120Hzで光っていることになります。

それで，30fpsで撮影しているドライブレコーダでは，東日本は10Hzの点滅。西日本は一定の明るさになるはずなので，ドライブレコーダ購入後，撮影してみました。

添付の動画は３つの場面があります。
（１）最初は東京で撮影，10Hzで点滅しているように見えます。
（２）次は愛知の安城市付近で撮影した映像で，一定の明るさで光っています。
（３）最後も安城市付近の映像で，二つの信号機が映っていますが，とてもゆっくり点滅
していますが，二つの信号機で位相が90度程度ずれています。

そこで，いくつか疑問があるのですが，どなたかご存じでしたら，教えてください。

１．
愛知県で信号機映像をたくさんチェックしたのですが，（１）のように一定の明るさで光っています。もし120Hzで点滅しているなら，30fpsの整数倍ぴったりですから，消えたままの信号や暗く点灯したままの信号もあるはずなのですが，それらはありませんでした。ということは直流点灯のLED信号機ということになると思うのですが，そのような信号機は実際あるのでしょうか？

２．（３）のゆっくり点滅する信号は，30Hzの整数倍の周波数からわずかにずれた周波数で点滅していることになると思います。ですので120Hzで点滅しているのか，と思ったのですが，同じ回路で点灯させていると思われる二つの信号機で，位相がずれていることがとても不思議です。どういう理由によって位相がずれるんでしょうか？

ご存じの方がいらっしゃいましたら，是非教えてください。

回答No.3

TooManyBugs · ベストアンサー

LED信号機が商用電源を使用しているのは従来の制御器をそのまま使用して信号機のみを交換出来るようにそのような仕様になっていると聞いています。
ただしLEDの駆動回路は要求仕様にはないのでメーカーによっては直流駆動やパルス点燈の製品がある可能性もあります。
また非常用電源内蔵型では直流仕様も有るようです。

位相のズレは３相か単相３線電源から別の相を使用しているものと思われます。

補足

レス，ありがとうございます。

そうか！　３相交流でタップ毎に分けていれば，あり得ますね！

現場で負荷が均一になるように割り振るので，正面から見て，2つの信号が
同期がとれずにゆっくりと点滅することはあり得そうです。

パルス点等は意味が無いので，おそらく無いと思いますが，
１．全波整流で100Hzか120Hz駆動
２．全波整流＋平滑回路で直流駆動
っていうパターンと考えると自然です。

ただ，単相３線ですと，位相のズレは説明できないんじゃないでしょうか。
動画の位相のズレは，３相交流ですね。きっと。

回答No.5

noname#215107

補足します。
露出＝絞り（F値の逆数）×シャッター時間（秒）です。

絞りが固定の場合、シャッター時間を変えて露出を変えます。

(2)と（３）の違いについてですが、「動画が３０ｆｐｓでもシャッター間隔が３０Hzでないかもしれない」という推測は、（２）が直流駆動だったり、平滑された波形で駆動されていたりという説を否定するものではなく、わざわざそれ以外の別案を出しただけです。

（同時に撮影した２つの信号機の位相がずれている件については、前の回答者さんの言われるとおりだと思います。）

ところで本当に３０ｆｐｓでシャッターも３０Hzなら、６０Hz地域で、明暗を繰り返すわけないですね。

補足

丁寧に補足していただき，ありがとうございます。
露出の意味について，承知しました。

>ところで本当に３０ｆｐｓでシャッターも３０Hzなら、６０Hz地域で、明暗を繰り返すわけないですね。

一定の明るさであり続けるわけですが，30fpsとはいっても微妙なずれがあるので，コンマ何ヘルツかの
点滅になるだろうと，予想していました。
実際撮影してみて，明るいまま全く点滅しない信号と，0.2Hz程度の点滅周波数なのですが
同じ交差点でありながら２つの信号が，位相がずれる場合があったことが，疑問でした。

なんども，お返事いただき，重ねてお礼申し上げます。

回答No.4

mimazoku_2

＞LED信号機ですが，全波整流で点灯させているため，東日本は100Hz，西日本は120Hzで光っていることになります。

残念ながら違います。
｛＋｝波形、｛－｝波形の組み合わせで、「Ｈｚ」となっていますので、５０Ｈｚと６０Ｈｚです。

それと、ＬＥＤ信号にも初期型や後発型があるようで、初期型は、全波整流の単純な回路です。
ドライブレコーダーの問題が出てからだったと思うが、「リアクター内蔵型」も出てきています。（ようするに、蓄電回路）
なので、蓄電回路のブレ幅が緩やかに映る映らないになったのではないですか？
それか、画像処理機能が向上して、特定点滅パターンは、緩やかになっているとか・・・。

あと、考えられるのが、カメラ側の周期と信号側の周期のズレでしょうね。（これが一番有力かも？！）
理由は簡単で、『同期』していないからです。
周波数やｆｐｓが同じでも、スタートタイミングが同じ訳ではないので、「同期ズレ」が一番の候補だと思う。

昔、ＬＥＤ信号機の技術書が公開されていたんだが、どこか解らない。

補足

レス，ありがとうございます。

>｛＋｝波形、｛－｝波形の組み合わせで、「Ｈｚ」となっていますので、５０Ｈｚと６０Ｈｚです

別の回答の補足に参照URLも書きましたが，100,120Hzです。全波整流しているのでそうなります。
ちなみに，グロースタートの蛍光灯も同様です。こちらは＋側と－側で光ります。

回答No.2

noname#215107

信号の点滅速度は変わっていないのではないでしょうか。

出来上がった動画が３０ｆｐｓだからといって、シャッターの間隔が３０ｆｐｓとは限りません。自動露出によってシャッター速度は変化します。

たとえば、３０ｆｐｓに変換される際に、隣り合う１コマ目と２コマ目に同じ画像が使われている可能性もあります。

補足

レス，ありがとうございます。

>信号の点滅速度は変わっていないのではないでしょうか。

いえ，間違いなく変わっています。
最近は，平滑回路を入れた直流駆動も増えてきていることが，実撮影から分かってきました。

>出来上がった動画が３０ｆｐｓだからといって、
>シャッターの間隔が３０ｆｐｓとは限りません。
>自動露出によってシャッター速度は変化します。

シャッター速度の変化はわかりますが，シャッター切る周期は30Hzでしょう。
自動露出は，絞り，を意味しますが，絞り，は入っていないカメラだろうと思います。
コマ撮影のシャッター速度が，照度により変化するのは理解できます。
シャッター速度というか，積分時間というか・・・。

>たとえば、３０ｆｐｓに変換される際に、隣り合う１コマ目と２コマ目に
>同じ画像が使われている可能性もあります。

映像をコマ送りして確認していますが，それはないようです。
連続して同じ画像の場合は，15fpsでしょう。

回答No.1

ImprezaSTi

見える原因は、電気制御屋として、基本は以下の３つと考えられます。

1.LEDは、基本、直流点灯ですので、何で商用交流１００Ｖで点灯させる必要があるのでしょうか？
　信号機制御盤内の直流電源で電源供給して、例えばＤＣ１２or２４Ｖで点灯ＬＥＤ用電源を作り、後は信号発生器でもって光強度の強弱を制御します。強弱は、インバータ　－　コンバータ　で、もっと高周波で直流On-Off点灯させて、そのディユーティを変化させて強弱(明暗)を作っているのかもしれません。商用周波数の50や60Hzの低い周波数で点灯させると、一般家庭の蛍光灯と同じで少し劣化するとチカチカ点滅するので、基本的には余りやらない方法と思います。
2.あともう一つは、ドライブレコーダー側の画像取り込みのサンプリング周期です。せいぜい数kHzでのサンプリングと思いますので、そのタイミングと、上記の点灯タイミングによっては、画像上にはゆっくりと点灯しているように見えることもあります。
要に、高周波点灯するストロボで車輪の回転を見ると、止まって見えることがあるのと同じです。
3.故障を考慮して、信号機毎に電源回路を持っているとも考えられますので、２つ以上の信号機があったとしても、必ずしも同じ間隔で点滅していないと思います。(要は、点滅用信号発生器を複数持っている可能性もあるので、点滅タイミングは一致しないのが普通なのかもしれません)

上記の両者によって、質問事項のような画像が撮れたものと考えます。
(当方ですが、業務で画像処理関係をやっています)

補足

早速のレス，ありがとうございます。

>何で商用交流１００Ｖで点灯させる必要があるのでしょうか？

私も最初はそう考えたのですが，信号機メーカーからLED信号機を仕事上の研究用として譲り受け，
基板から回路図をおこしたところ，そうなっていました。
信号機メーカーに問い合わせても，そうやって点灯しているとのことです。
安く簡単に作れて壊れないため，なのだそうです。
（確かにインバータなんて怖くて入れられないと思う，信号が壊れて事故が起きたら責任問題）
ネットで検索しても，100Hzとか120Hzで点滅しているといういう情報が見つかります。
たとえば，
http://ledmania.wiki.fc2.com/wiki/LED%E4%BF%A1%E5%8F%B7%E6%A9%9F

>商用周波数の50や60Hzの低い周波数で点灯させると、一般家庭の蛍光灯と同じで少し劣化するとチカチカ点滅するので、基本的には余りやらない方法と思います。

蛍光灯もその倍の100Hzとか120Hzでの点灯です（インバータでない場合）。
LEDだと，原理的にちかちかはしないんじゃないかな。単に暗くなってくるだけだと思います。
その前に，取り替えられてしまいますが・・・。

>高周波点灯するストロボで車輪の回転を見ると、止まって見えることがあるのと同じです。

その通りです。信号処理で言う，エイリアシング誤差ですね。

>3.故障を考慮して、信号機毎に電源回路を持っている・・・

歩行者用信号と車用信号が，完全に同期してゆっくりと0.2Hz位で同期して点滅している映像も
あります（車のナンバーが鮮明に写っているのでアップしませんでした）。
これだけゆっくりだと，おそらくカメラ側の撮影周波数30fpsが微妙にずれているんだろうと
想像します。この現象は当初から想像していました。30の整数倍でLED信号が点滅している場合，
理論上は一定の明るさで光りますが，微妙にずれていますから，長周期で点滅するだろうと
予想しました。実際，そうなった信号とならなかった信号がありました。
ならなかった方はおそらく141Vの直流点灯だろうと思います。
なった方は同じ交差点の二つの信号機で点滅の位相がずれていた（ものがあった）ので，
不思議に感じました。極端に破損をいやがる製品ですから，特別な電源回路は入れてないと
思うのです。