Uso de iluminación HMI en aplicaciones de rodaje a alta velocidad


Captar a altas velocidades los fotogramas requiere niveles de iluminación importantes, lo que hace que las fuentes HMI sean una opción ideal. Sin embargo, el proceso puede revelar aberraciones en la luz que no serían apreciadas a velocidades de rodaje normales. El Dr.Phil Ellams de Power Gems nos muestra el origen de los problemas potenciales y ofrece consejos para solucionar problemas al rodar a alta velocidad con las lámparas HMI.

Dr. Phil Ellams

Dr. Phil Ellams

Problemas de grabación a alta velocidad con lámparas HMI

Las lámparas HMI necesitan ser accionadas con una corriente alterna para evitar la fuga de los productos químicos que las constituyen. Esto se implementa usando una corriente con una amplitud de onda cuadrada que asegura que la salida de la luz sea constante, sin embargo, la corriente de la lámpara tarda una cantidad limitada de tiempo para cambiar de dirección, y esto significa que hay una corta degradacion en la salida de la luz en cada transición de onda cuadrada. A velocidades de rodaje normales no tiene un efecto notable en la imagen grabada, pero a velocidades más altas puede ser visible.

Un segundo punto a tener en cuenta es la trayectoria tomada por el arco que puede ser sustancialmente diferente en cada mitad de la amplitud de la onda cuadrada. Esto puede dar lugar a una variación rítmica en la salida de luz del aparato, particularmente en el caso de dispositivos PAR que tienen sistemas ópticos acoplados estrechamente.

Otra preocupación a tener en cuenta es la inestabilidad irregular que puede producirse en el interior del arco debido a efectos como la turbulencia de los gases. La frecuencia de la corriente de la onda cuadrada puede producir un efecto estimulando “resonancias acústicas” en la cámara del arco. Los efectos de la inestabilidad del arco pueden causar problemas tanto en los rodajes de alta velocidad como en los convencionales.

Principales problemas

  1. Tiempo de transición de la onda cuadrada
  2. Variación rítmica en la frecuencia de la onda cuadrada
  3. Inestabilidad del arco irregular

Echemos un vistazo a cada uno de estos puntos y veamos qué se puede hacer para eliminar sus efectos:

1. Tiempo de transición de la onda cuadrada

A veces, en Power Gems, se nos pregunta “¿Cuál es la velocidad máxima de captación de fotogramas que puedo rodar con su ballast?” El límite superior está determinado por el tiempo que tarda la corriente de onda cuadrada en cambiar de dirección cuando llega un punto donde la cámara empieza a “ver” la transición. Pero en lugar de preguntar cuál es la velocidad máxima de captación, una pregunta más precisa sería “¿Cuál es el tiempo de captura mínimo o el ángulo de obturación”. La ventaja de considerar el tiempo de captura mínimo es que es un número absoluto, mientras que el ángulo mínimo del obturador requiere que la velocidad de fotogramas también se tenga en cuenta.

El riesgo de encontrar problemas con la transición de onda cuadrada aumenta a medida que el tiempo de captura de la cámara se aproxima al tiempo de transición. Pero ¿cuánto tiempo es el tiempo de transición? Sorprendentemente, esto se determina no por el ballast, sino por la inductabilidad del circuito de la lámpara (predominantemente la inductibilidad del cable del alimentador del proyector y de las bobinas tesla del ignitor).

Debido a la inductabilidad, cuanto mayor es la intensidad de la lámpara, mayor es la cantidad de tiempo que se tarda en invertir la dirección. Sin embargo, las cifras típicas son 20-30 microsegundos. Esto no significa 20-30 microsegundos de oscuridad completa, ya que está presente la corriente de lámpara a lo largo de este período, pero la salida de la luz decae.

Si el período de transición adquiere una parte significativa del tiempo de captura de la cámara, entonces puede comenzar a ser detectado en la imagen reproducida. Esto puede aparecer como zonas oscuras, o bandas oscuras, dependiendo del sistema del obturador de la cámara.

¿Cuál es el límite aceptable para el tiempo de captura? Bueno, el flicker es una cuestión subjetiva y sólo puede ser satisfactoriamente determinado por la vista, y como se mencionó, el tiempo de transición es una cantidad variable y depende de una serie de factores. Sin embargo, las pruebas muestran que el punto en el que el tiempo de transición se convertirá en un problema es en la región de 100 microsegundos (100.000 nanosegundos) en el tiempo de captura. Por lo tanto, si se está acercando a este tiempo de captura, o tiene un alimentador de proyector particularmente largo, entonces se debe comprobar cuidadosamente las imágenes de los efectos en el tiempo de la transición.

¿Qué repercusión tiene esto para la velocidad de fotogramas? Con un obturador de 360°, obtendremos una equivalencia de una velocidad de fotogramas máxima de 10.000 fotogramas por segundo. Con un obturador de 90° será una velocidad de fotogramas máxima de 2.500 fotogramas por segundo. Como se ha mencionado, un cable de alimentación del proyector largo o una corriente de lámpara alta, tal como se encuentra con dispositivos de 18kW ó 24kW, puede requerir un ángulo de obturación más amplio.

2. Variación rítmica

Una diferencia sustancial en la trayectoria tomada por el arco en las dos mitades de la onda cuadrada puede conducir a una variación rítmica notable en la salida de luz desde el proyector, ya que la luz recogida por el reflector varía. El aumento de la frecuencia de la corriente de onda cuadrada puede reducir la variación en la trayectoria entre los dos semiciclos.

La reducción de la variación rítmica es particularmente pronunciada cuando se cambia la frecuencia de salida del balasto de 100Hz a 300Hz. En algunos casos, se puede mejorar aún más cambiando de 300Hz a 1000Hz. Pero puede haber una razón adicional para cambiar hasta 1000Hz, y eso es mover la variación rítmica a una frecuencia donde hay múltiples oscilaciones de la luz por fotograma que diluyen o cancelan el efecto. (Para los fans del digital sampling esto es una consecuencia del teorema de Nyquist.)

Una desventaja al trabajar a 1000Hz es que puede estimular fuertes resonancias acústicas en la lámpara, produciendo variaciones de luz a frecuencias impredecibles. Esto significa que es esencial “afinar” la frecuencia del balasto para evitar picos de resonancia en el funcionamiento de la lámpara. En Power Gems desarrollamos un sistema de auto-scan para facilitar este proceso. Con el auto-scan puedes sentarte y el balasto automáticamente escaneará por ti, y se situará a la frecuencia que mejor se adapte a la estabilidad de la lámpara. Esta característica pionera está disponible de serie en los modelos 9kW, 18kW y 24kW, para ahorrar tiempo y mejorar la estabilidad de la luz.

3. Inestabilidad del arco irregular

Los gases dentro de la cámara del arco en la lámpara pueden ser bastante turbulentos y en algunos casos perturbarán al arco, provocando el movimiento en la zona iluminada. A veces la alteración ocurre a una frecuencia que no es visible a simple vista, pero puede aparecer como un “parpadeo” de la luz cuando se reproduce una grabación de alta velocidad.

Las lámparas colocadas con el arco cerca de la posición vertical tienen peor estabilidad que las lámparas en posicion horizontal, por lo que esto puede ser una consideración a tener en cuenta para el tipo de fijación o el posicionamiento del accesorio. Además, ciertas frecuencias de ondas cuadradas pueden estimular las “resonancias acústicas” en la lámpara (el mismo principio por el cual se produce el sonido soplando a través de la parte superior de una botella). Esto puede ser un desafío cuando se trabaja en el modo de 1.000Hz, y es necesario afinar el balasto lejos de los picos resonantes.

Las lámparas recién sacadas de la caja pueden mostrar cierta inestabilidad y puede que sea necesario que se beneficíen de unas cuantas horas de combustión. De manera similar, las lámparas al final de su vida pueden empezar a funcionar de una forma inestable y deben ser reemplazadas.

Consejos para el rodaje de alta velocidad con HMI

  • Utilice el ángulo de obturación máximo que sea posible. Manténgase lo más lejos posible del tiempo mínimo de captura de 100 microsegundos (100.000 nanosegundos)
  • Ajuste el balasto al modo 300Hz para reducir las variaciones del ritmo en el arco
  • Si todavía se puede ver el “parpadeo” en la zona iluminada durante la reproducción, seleccione el modo de 1.000Hz para cambiar esta frecuencia a una frecuencia no problemática. Recuerde ejecutar auto-scan en el balasto, o sintonizar manualmente para evitar resonancias acústicas

Conclusiones

Las fuentes de luz HMI reproducen una enorme cantidad de luz, lo que las convierte en excelentes herramientas para capturar imágenes a alta velocidad. Con el tipo de velocidades de fotogramas máximas que normalmente se utilizan en la película cinematográfica (1.000fps, 2.500fps, 5.000fps) se pueden lograr resultados perfectos siguiendo los sencillos pasos descritos anteriormente. En la mayoría de los casos, el ajuste del balasto de 300Hz dará resultados impecables, y evitará la necesidad de ajustar la frecuencia del balasto. El ajuste de 1.000Hz es otra “herramienta adicional” para situaciones difíciles.

Para situaciones especificas como el análisis científico, con velocidades de fotogramas que se acercan o superan los 10.000fps, puede ser necesario utilizar múltiples dispositivos para diluir los efectos de la transición de la onda cuadrada.

Rodaje de alta velocidad – Soluciona problemas con Power Gems

Solamente la gama de balastos de Power Gems posee las opciones del cambio de frecuencia y de la función incorporada del auto-scan para permitirte realizar los mejores rodajes de alta velocidad.

Se llevaron a cabo pruebas detalladas en colaboracion con la Empresa de Digital Cinema para demostrar cómo desarrollar eficazmente un rodaje de alta velocidad. Se pueden ver imágenes (en Vimeo) con una serie de tomas enseñando los problemas que se pueden producir, y las formas efectivas de tratar con ellos:

Vídeos de pruebas en 9kW PAR

Ejemplo de “rolling bands” a 300Hz, el vídeo muestra el parpadeo causado por el tiempo de transición. Un ejemplo de las tomas a alta velocidad; aquí vemos “rolling bands” a lo largo de la pantalla. Toma a 2.400 fotogramas por segundo, con un tiempo de captura muy corto de 5 microsegundos. Balasto Power Gems 9kW en configuración a 300Hz.

Cambiar la frecuencia de 300Hz a 1000Hz cambia simplemente la frecuencia de las bandas. Aquí, cambiamos la frecuencia a 1000Hz para tratar de deshacernos de las “rolling bands” visibles a 300Hz (ver arriba), pero no resuelve el problema, sólo cambia la frecuencia de las bandas. Toma a 2.400 fotogramas por segundo, con un tiempo de captura muy corto de 5 microsegundos.

El obturador en 90° consigue librarnos de las “rolling bands” visibles en 300Hz y 1.000Hz. Cambiar la frecuencia no resuelve el problema, pero aumenta el ángulo de obturación. Este vídeo muestra la solución, todavía usando 300Hz en el balasto de 9kW de Power Gems, la solución es ensanchar el ángulo de obturación a 90°, dando tiempo a una captura superior a 100 microsegundos.

Vídeos de pruebas en 18kW PAR

Ejemplo de “flicker rítmico” a 300 Hz. Aquí hay un problema de flicker, pero no es el tiempo de transición, lo sabemos porque tenemos un tiempo de captura enorme. Esta vez es una cuestión de movimiento del arco.

Toma a 1.000 fotogramas por segundo con un tiempo de captura sustancial de 500 microsegundos. Balasto Power Gems de 18kW en una configuracion a 300Hz. No hay “rolling bands”, pero hay un parpadeo general sutil debido al movimiento arrítmico del arco.

Solución: Cambiar la frecuencia a 1.000Hz soluciona el problema cambiando a una frecuencia diferente. Esto demuestra que el problema del “flicker rítmico” se elimina usando el balasto de 18kW de Power Gems en una configuración a 1.000Hz. Toma a 1.000 fotogramas por segundo con un tiempo de captura sustancial de 500 microsegundos.

El “banding’’ regresa a 2.400Hz. Sólo para probar un punto, si aumentamos la velocidad de fotogramas (tiempo de captura decreciente) reintroducimos un problema de tiempo de transición.

Utilizando el balasto Power Gems 18kW en la misma configuración, la velocidad de fotogramas se incrementa a 2.400 fotogramas por segundo, lo que reduce el tiempo de captura cerca del límite de 100 microsegundos. Ahora vemos que el “banding” comienza a convertirse en un problema de nuevo.

powergems-bodegonmultipotencia

Balastos Power Gems multifrecuencia 50/100/300/1000Hz

Traducido por Carlos Cledera (ver el original en inglés)

1 Response to “Uso de iluminación HMI en aplicaciones de rodaje a alta velocidad”



  1. 1 Power Gems, rizando el rizo | Grau Luminotecnia Trackback en 6 marzo 2017 en 10:00

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