Benötigte Lichtmenge für Slow-Motion Aufnahme mit 2000 FPS
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Frage von technikdude:
Hallo liebes slashCAM Forum!
für ein Projekt in der Uni muss ich das Laufrad einer Wasserpumpe mit ca. 2000 FPS filmen. Dazu muss das innere der Pumpe natürlich ausreichend ausgeleuchtet werden. Dazu möchte ich geeignete LEDs verwenden, welche eine flickerfreie Aufnahme gewährleisten sollen.
Meine Frage ist nun, welche Lichtmenge dafür nötig ist und nach welchen Angaben (Lumen, Leistung, etc.) die passende Beleuchtung auszuwählen ist?
Als Kamera wird eine Photron SA 1.1 verwendet.
Die LEDs sollen dann mit einer speziellen Apparatur direkt an der Pumpe angebracht werden und beleuchten das Laufrad aus ca. 10-15cm Entfernung. Aufgrund der eher engen Platzverhältnisse kommen keine Panels, sondern eher kleine kompakte Strahler infrage. Leider kann ich keine Tests mit der Kamera vornehmen, da ich aktuell coronabedingt keinen Zugang zum Labor habe.
Ich freue mich über jede Antwort und bin für alle weiteren Fragen zu meinem Problem offen.
Liebe Grüße
technikdude
Antwort von pillepalle:
Lässt sich pauschal schwer sagen. Hängt ja auch von der Empfindlichkeit, der Blende und anderen Parametern ab, die Du benötigst. Die stärksten LED-Leuchten mit mehr oder weniger Punktlichtquellen haben zur Zeit 500-600 Watt. Damit könnte es wohl klappen, vorausgesetzt Dein Objekt verträgt die Hitze, denn die Leuchten werden ziemlich heiß. Aber da die Lichtmenge im Quadrat zur Entfernung abnimmt gewinnt man durch die Nähe natürlich extrem viel.
Ich finde gerade den Beitrag nicht, aber die High-Speed Film Leute die ich zu dem Thema gesehen hatte (filmten meist mit Phantom Kameras mit 1000fps) benutzen dafür Heisslicht. Ab 5KW aufwärts ist die Trägheit am Glühfaden so groß, dass ein Flackern bei High-Speed Aufnahmen nicht mehr auffällt. Da Ballern sie dann natürlich aus größerer Entfernung größere Lichtmengen drauf. Das hat aber natürlich auch ästhetische Gründe, denn das Ganze soll ja auch noch gut aussehen. Wenn es rein um das Erkennen eines Vorgangs/Ablaufs geht, kommt man vermutlich auch mit deutlich weniger Licht und LEDs gut hin.
Wenn Du bereits irgend eine LED LEuchte hast, kannst Du ja mal die Lichtmenge bei 15cm messen und dann einfach für eine stärkere Leuchte hoch rechnen. Dann weisst Du auch ungefähr wieviel Du brauchst.
VG
Antwort von Jott:
Du musst für so was eigentlich mit HMI ran (Arri etc.), aber dein Glück ist der wunderbar geringe Abstand. Vielleicht ein Dedolight-Koffer?
Mit zu wenig Licht wird‘s eine Rauschorgie.
Antwort von Frank Glencairn:
Bei 2000 FPS brauchst du 6 1/4 Blenden mehr Licht als bei 25 FPS.
Ich würde also mit mindestens einem 5K Tungsten anfangen, besser 2.
HMI geht notfalls auch, aber bei 2000 FPS kann es gut sein, daß selbst ein guter high-speed Ballast flickert.
Bei Tungsten bist du auf der sicheren Seite.
PS- hab gerade gesehen, die Kamera hat bis zu 10.000 ASA, keine Ahnung wie rauschig das dann mit der Einstellung wird, ich hab nur Erfahrung mit den Phantoms - aber womöglich kommst du dann auch mit 4K davon.
Antwort von mash_gh4:
ich fürchte, dass eine ausreichend gleichmäßige ausleuchtung bei derartigen lichtquellen das größere problem sein wird. also besser einfach mit einem ganz gewöhnlichen fotoapparat eine aufnahme mit mit 1/2000 belichtungszeit machen, um einen groben eindruck bzgl. der prakt. tauglichkeit zu bekommen.
Antwort von srone:
mash_gh4 hat geschrieben:
ich fürchte, dass eine ausreichend gleichmäßige ausleuchtung bei derartigen lichtquellen das größere problem sein wird. also besser einfach mit einem ganz gewöhnlichen fotoapparat eine aufnahme mit mit 1/2000 belichtungszeit machen, um einen groben eindruck bzgl. der prakt. tauglichkeit zu bekommen.
nach der 180 grad-regel 1/4000...;-)
lg
srone
Antwort von carstenkurz:
Ohne Tests wird man da aber nicht weiter kommen. Solche Aufnahmen sind auch nicht wie mit dem Handy a la 'einfach mal Draufhalten' zu machen. Ohne nähere Infos zu den räumlichen Umständen kann man wenig empfehlen. Grundsätzlich sind solch kleine Objektdimensionen allerdings schonmal entspannter als Car-Crashs.
Man kann übrigens mit ganz normalen Spiegeln auch recht einfach echtes Sonnenlicht auf so einen Aufbau bringen. Ist dann ggfs. zeitlich eingeschränkt.
Allerdings hängt es von Aufbau, Struktur und Oberflächeneigenschaften des Objektes ab, ob direktes oder gerichtetes Licht befriedigende Resultate liefert. Bissl photografisches Hintergrundwissen schadet bei sowas nicht.
Wenn's im Labor nichts Brauchbares gibt, würde ich mal bei eBay oder dem örtlichen Baumarkt einen leistungsstarken 'LED-Baustrahler' für erste Tests besorgen und dann mal anfangen.
Antwort von pillepalle:
Also mit Baumarkt LEDs kommt man sicher nicht weit. Die flackern garantiert. Hier ist ein Video wo die Schwierigkeiten (auch mit LEDs und HMI Leuchten) erklärt werden.
Wenn's im Labor nichts Brauchbares gibt, würde ich mal bei eBay oder dem örtlichen Baumarkt einen leistungsstarken 'LED-Baustrahler' für erste Tests besorgen und dann mal anfangen.
Baumarkt LED ist für sowas illusorisch. Einfach ein bis zwei 4K Tungsten mieten und fertig, is auch viel billiger als LED.
Antwort von carstenkurz:
Ja, mit 08/15 Leuchten muss man etwas Glück haben. Ich habe zwei von denen hier:
Die lassen sich direkt mit Gleichspannung betreiben, Autobatterie, da flimmert garnichts.
- Carsten
Antwort von pillepalle:
q carstenkurz
Ja, die Idee mit Gleichspannung zu arbeiten ist nicht schlecht. Sind nur eher Flächenleuchten und 70W sind auch nicht gerade viel. Aber zum ausprobieren sollte das auf jeden Fall erstmal reichen.
VG
Antwort von carstenkurz:
Bei nem Closeup sind 2*70W LED ziemlich viel, und flächig schadet bei sowas ja auch nicht gerade.
Lichtqualität, na ja, aber ist ja ne eher technische Anforderung, welche Wasser-Pumpe enthält schon Hauttöne...
2000fps sind aber auch noch nicht wirklich HighSpeed, solche Verschlusszeiten liegen zumindest noch im Bereich des fotografisch Normalen.
- Carsten
Antwort von iasi:
"Frank Glencairn" hat geschrieben:
carstenkurz hat geschrieben:
Wenn's im Labor nichts Brauchbares gibt, würde ich mal bei eBay oder dem örtlichen Baumarkt einen leistungsstarken 'LED-Baustrahler' für erste Tests besorgen und dann mal anfangen.
Baumarkt LED ist für sowas illusorisch. Einfach ein bis zwei 4K Tungsten mieten und fertig, is auch viel billiger als LED.
Es kommt auf die Entfernung an - und die Fläche, die ausgeleuchtet werden soll.
Man muss ja nicht mit Kanonen auf Spatzen schießen.
Antwort von pillepalle:
@ carstenkurz
Doch... 2000fps sind ziemlich high speed :) Du brauchst dafür eigentlich 1/4000 sek. und sozusagen mehr als 6 Blenden mehr Licht als normal, also mehr als die 64 fache Lichtmenge. Da ist Deine 70 Watt LED nur noch mit einer 1W LED bei 25fps vergleichbar. Bei welcher Blende, ISO und Abstand willst Du denn mit einer 1W LED arbeiten? ;)
VG
Antwort von carstenkurz:
Na 4-5 davon kriegt man für technische Darstellungen problemlos über ISO gewuppt. Die vom TE erwähnte SA1.1 hat ein natives ISO zwischen 4000 und 10.000, kein Kunststück bei den riesigen Senseln.
- Carsten
Antwort von iasi:
pillepalle hat geschrieben:
@ carstenkurz
Doch... 2000fps sind ziemlich high speed :) Du brauchst dafür eigentlich 1/4000 sek. und sozusagen mehr als 6 Blenden mehr Licht als normal, also mehr als die 64 fache Lichtmenge. Da ist Deine 70 Watt LED nur noch mit einer 1W LED bei 25fps vergleichbar. Bei welcher Blende, ISO und Abstand willst Du denn mit einer 1W LED arbeiten? ;)
VG
Warum sollte man 1/4000s benötigen? 180° macht nur bei normalen Frameraten Sinn.
Und eine entscheidene Rolle spielt immer auch der Abstand der Lichtquelle.
Bei kleinen Objekten mit großen Leuchten draufzuhalten ist fast schon kontraproduktiv.
Antwort von pillepalle:
@ iasi
hättest Du Dir die 2000fps Beispiele aus dem oben verlinkten Film angeschaut, hättest Du gesehen dass man dort auch die 180° Regel befolgt. Warum sollte man bei high Speed auch mehr Motrion Blur als normal haben wollen?
Der TO wollte ja ca. 15cm Abstand und keine Flächenleuchten. Da wird es eben ab einer gewissen Größe wirklich schwer näher heran zukommen. In der Praxis wird er vermutlich gar nicht so nahe heran können, weil so konzentrierte LED Lichtquellen eben auch ziemlich heiß werden. Aber es nutzt ja nicht hier herum zu Orakeln, wenn uns der TO nicht die Bedingungen spezifiziert.
VG
Antwort von Jott:
Pumpenrad aus 10-15 cm Entfernung anleuchten? Kann man doch statt im nicht zugänglichen Labor daheim auf dem Küchentisch mit einem ähnlich großen metallischen Gegenstand ausprobieren. Kamera auf 1/4000 Shutter stellen und dann gucken, was mit diversen Lichtquellen passiert.
Antwort von technikdude:
Wow, mit so vielen Antworten in so kurzer Zeit hatte ich nicht gerechnet, vielen Dank dafür schonmal!
Was ich in meinem Post glaube ich nicht ausreichend erklärt habe ist, dass ich platzmäßig wirklich sehr
eingeschränkt bin: Das Pumpenrohr hat einen Durchmesser von DN150 (15 cm). Die Beleuchtung soll in eine
Art Flansch integriert werden, welcher zwischen Pumpe und Saugrohr verbaut wird.
Um das ganze etwas zu verdeutlichen, füge ich mal eine Skizze ein.
LED-Einheit.JPG
Kurz gesagt: Die Lichtquelle(n) sollten wirklich möglichst kompakt und effektiv sein.
Eine perfekte Aufnahme ist auch nicht nötig, es reicht wenn man erkennen kann, wie sich Ablagerungen
im Wasser am Pumpenlaufrad festsetzen. Dafür sind wahrscheinlich auch ein paarhundert FPS weniger ausreichend,
zumal dann das benötigte Lichtequipment (hoffentlich) günstiger ist und die Auswahl an Möglichkeiten steigt. Ich denke aber, 1500 FPS sollten es schon mindestens sein.
Tungsten oder HMI Lichter kommen aufgrund ihrer größe eher nicht in Betracht. Aufgrund ihrer vergleichsweise geringeren Hitzeentwicklung und Größe halte ich LEDs für am geeignetsten. Bei meiner Recherche habe ich folgende LEDs gefunden, die für mich interessant klingen:
Die lassen sich direkt mit Gleichspannung betreiben, Autobatterie, da flimmert garnichts.
- Carsten
Aufgrund des wegfallenden 50Hz flimmerns sollten doch gleichstrombetriebene Lichtquellen generell wenig bis garnicht flickern, wodurch auch "einfachere" LEDs in Frage kommen könnten? Ist da was dran oder denke ich da zu naiv?
Liebe Grüße
technikdude
Antwort von iasi:
pillepalle hat geschrieben:
@ iasi
hättest Du Dir die 2000fps Beispiele aus dem oben verlinkten Film angeschaut, hättest Du gesehen dass man dort auch die 180° Regel befolgt. Warum sollte man bei high Speed auch mehr Motrion Blur als normal haben wollen?
Motion Blur bei 1/2000s? Du machst wohl Witze.
Antwort von pillepalle:
iasi hat geschrieben:
Motion Blur bei 1/2000s? Du machst wohl Witze.
Hängt nur davon ab wie schnell sich etwas dürch's Bild bewegt. Man kann auch bei 4000 fps noch Motion Blur haben. Im Falle vom TO wird das aber vermutlich nicht der Fall sein.
@ TO
Ja, wenn Du was passendes für Gleichstrom findest, sollte das eigentlich Flickerfrei funktionieren.
VG
Antwort von carstenkurz:
Eventuell leistungstarke LED Taschenlampen. Die sind in der Regel in einem gewissen Rahmen modifizierbar, fokussierbar, lassen sich mit oder ohne Optik-Kopf betreiben.
Von diesen Dingern gibts in einschlägigen Foren ziemliche Rekordteile. Was Du da verlinkt hast, ist ja gewissermaßen die Profiversion solcher Taschenlampen.
Einige davon verwenden, wenn auch zunächst batteriegespeist, auch getaktete Netzteile, findet man aber heraus, und in der Regel kann man den LED Kopf auch direkt an einer geeigneten Gleichspannungsquelle betreiben. Ja, natürlich ist man dann im Grunde da, wo man auch mit diskreten COB-LED Platinen wäre. Allerdings brauchen solche Teile dann auch Kühlung, was den Raumbedarf wieder etwas vergrößert.
- Carsten
Antwort von technikdude:
Jott hat geschrieben:
Pumpenrad aus 10-15 cm Entfernung anleuchten? Kann man doch statt im nicht zugänglichen Labor daheim auf dem Küchentisch mit einem ähnlich großen metallischen Gegenstand ausprobieren. Kamera auf 1/4000 Shutter stellen und dann gucken, was mit diversen Lichtquellen passiert.
Ja, das wäre der einfachst und beste Weg. Aber leider habe ich weder Zugriff zur besagten Kamera, noch zu Lichtquellen die infrage kommen könnten. Das ganze muss erstmal noch theoretisch bleiben.
carstenkurz hat geschrieben:
Eventuell leistungstarke LED Taschenlampen. Die sind in der Regel in einem gewissen Rahmen modifizierbar, fokussierbar, lassen sich mit oder ohne Optik-Kopf betreiben.
Das heißt, leistungsstarke LED Taschenlampen (zum Beispiel im 5000+ Lumen-Bereich) könnten ausreichen um eine ca. 1500 FPS Aufnahme ausreichend mit "flickerfreien" Licht zu versorgen?
Oder ist ein starkes netzbetriebenes LED mit Anti-Flicker Vorschaltgerät empfehlenswerter?
Liebe Grüße und Danke für die Antworten!
technikdude
Antwort von beiti:
iasi hat geschrieben: Warum sollte man 1/4000s benötigen? 180° macht nur bei normalen Frameraten Sinn.
Der Sinn der 180°-Shutter-Regel hängt nicht von der Aufnahmeframerate ab, sondern von der geplanten Wiedergabeframerate.
Wenn die Wiedergabe mit 50 – 60 fps erfolgt, ist die Belichtungszeit der Aufnahme eher zweitrangig.
Wenn die Wiedergabe klassisch mit 24, 25 oder 30 fps erfolgt, ist es aus ästhetischen Gründen sinnvoll, sich in der Größenordnung des 180°-Shutters zu bewegen. Das gilt auch hochskaliert auf eine hohe Zeitlupen-Framerate, weil die möglichen Bewegungsunschärfen sich proportional verhalten.
Wobei man hier streiten kann, ob die Ästhetik für so eine wissenschaftliche Anwendung das Entscheidende ist. Man könnte sogar argumentieren, dass die durchgehende Belichtung (also 1/2000 Sekunde bei 2000 fps) Vorteile für die Genauigkeit hat, weil damit der Bewegungsablauf lückenlos bildwirksam wird.
technikdude hat geschrieben: Aufgrund des wegfallenden 50Hz flimmerns sollten doch gleichstrombetriebene Lichtquellen generell wenig bis garnicht flickern, wodurch auch "einfachere" LEDs in Frage kommen könnten? Ist da was dran oder denke ich da zu naiv?
LEDs brauchen oft sehr spezielle Spannungen; die laufen meines Wissens nicht an exakt 12 Volt. Wenn die Batteriespannung intern umgewandelt wird, können (müssen natürlich nicht) dabei allerhand Pulsungen entstehen. Also eine Garantie für Flimmerfreiheit ist die Batteriespeisung nicht. Umgekehrt gibt es gelegentlich auch relativ billige, netzbetriebene LED-Leuchtmittel, die nahezu flimmerfrei sind. Man findet das wirklich nur durch Ausprobieren raus.
Ich hatte hier mal einige Lichtquellen verglichen:
Aufgenommen wurden die Videos mit der 1200-fps-Funktion einer Nikon J1. Die Auflösung ist unterirdisch, aber für die Beurteilung des Flimmerns ist die Qualität schon ausreichend. Von daher kann ich die J1 (kriegt man mit Kit-Zoom gebraucht unter 100 Euro) als Flimmer-Testgerät sehr empfehlen. ;)
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