Полосы от камеры или мерцание LCD? Что видео с телефона может — и чего не может — показать

Сервисная группа присылает видео, снятое на телефон. По ЖК-дисплею медленно проходят тёмные полосы, а в сообщении написано: «экран мерцает, прошу заменить». Тот, кто снимал, может добавить, что в помещении экран выглядел нормально. Прежде чем отклонять модуль или одобрять замену, полезно точно определить, что именно показало видео.

Оно показывает меняющиеся полосы в записанной области экрана при этих условиях съёмки. Оно ещё не устанавливает, возникли ли они из-за временной модуляции света, пространственной дискретизации или другого эффекта формирования изображения, и повреждён ли дисплей. Точно так же ролик без полос не доказал бы, что дисплей не мерцает. Одна запись не может ответить на эти вопросы.

Почему камера может показать полосы, которых не видит глаз

Объяснение ниже относится к полосам, которые возникают, когда меняющийся свет взаимодействует с временем экспозиции; не у каждой полосы на снимке экрана такая причина.

Многие камеры не захватывают весь кадр в один момент. При построчном затворе (rolling shutter) каждая строка сенсора начинает и заканчивает экспозицию в немного другое время, строка за строкой (Teledyne Vision Solutions). Если свет, попадающий на сенсор, во время этого прохода усиливается и ослабевает, одни строки собирают больше света, чем другие. В результате в одном кадре появляются более светлые и более тёмные полосы.

Sony описывает тот же механизм для своих камер при мерцающем освещении: поскольку верхняя и нижняя части сенсора экспонируются в разное время, светлые и тёмные моменты света записываются в разных местах кадра, что может проявляться как полосы или частичное изменение цвета (поддержка Sony Imaging). Когда цикл света и кадровая синхронизация камеры не согласованы, полосы в каждом кадре оказываются немного в другом месте и словно ползут.

Таким образом, камера превращает изменение во времени в узор в пространстве. Поэтому камера может сделать видимым то, чего не замечает наблюдатель, и поэтому настройки камеры влияют на картинку не меньше, чем сам дисплей.

1. Гипотетический уровень света растёт и падает во времени (t).
2. Каждая строка сенсора собирает свет в течение собственного окна экспозиции, которое начинается чуть позже, чем у строки выше. Каждый прямоугольник затенён в зависимости от того, сколько света собрала эта строка.
3. В записанном кадре строки, собравшие больше света, выглядят светлее, поэтому изменение во времени превращается в полосы на изображении.

Глобальный затвор не снимает вопрос. В сенсоре с глобальным затвором все пиксели начинают и заканчивают экспозицию одновременно; сохранённый сигнал затем всё равно может считываться построчно (Teledyne Vision Solutions). Это устраняет межстрочные сдвиги экспозиции, отвечающие за данный конкретный механизм образования полос. Это не гарантирует изображения без полос, и меняющийся во времени свет по-прежнему может давать различия между кадрами.

Пять величин, которые легко перепутать

Обсуждение видео с полосами часто идёт не туда, потому что разные временные параметры принимают за одно число.

Ни одну из этих величин нельзя вывести из другой. Частота обновления 60 Гц ничего не говорит о поведении подсветки. Вход яркости «PWM» тоже: Texas Instruments различает драйверы, которые включают и выключают ток светодиодов, и драйверы, которые преобразуют ШИМ-команду в постоянный аналоговый ток, и отмечает, что коммутируемый ток может работать на частоте, отличной от частоты входного сигнала (TI SNVA768). Излучаемый свет зависит от архитектуры драйвера и его конфигурации, а не от названия управляющего вывода.

Подсчёт полос на видео для вычисления частоты также ненадёжен, если неизвестны построчная синхронизация и экспозиция сенсора. Телефоны редко сообщают эти значения, а мессенджеры часто перекодируют файл.

Что видео может установить, а что нет

Оно может установить, что при этой камере, этом режиме и этом освещении на записанном изображении области экрана были меняющиеся полосы. Если эффект остаётся в пределах области дисплея, в первую очередь исследуйте дисплей, его отражения и то, как дискретизируется его изображение; такая локализация не выделяет причину.

Оно не может установить:

• Дефект. Артефакты записи при меняющемся во времени свете могут возникать без какой-либо неисправности камеры (поддержка Sony Imaging), а модулированный свет сам по себе не является неисправностью дисплея. Выходит ли наблюдаемое поведение за пределы спецификации, зависит от документации на модуль и требований применения.
• Источник. Возможные источники — управление подсветкой, собственное поведение панели при обновлении, отображаемое содержимое и освещение помещения, отражённое в защитном стекле. Если похожие полосы проходят и по соседним поверхностям, исследуйте также освещение помещения и камеру; светодиодное освещение может мерцать с частотой в сотни или тысячи циклов в секунду (поддержка Sony Imaging). Это подсказка, а не доказательство вклада внешнего освещения, и она не снимает подозрений с дисплея.
• Частоту или форму сигнала. Как описано выше, узор полос зависит от синхронизации камеры не меньше, чем от света.
• Чистый результат. Видео без полос показывает лишь то, что эта камера при этой настройке не сделала изменение видимым. Это не доказательство постоянства светового потока.
• Комфорт или безопасность. Ни невооружённый глаз, ни камера телефона не являются калиброванным измерением мерцания. Ничто в записи не подтверждает соответствие требованиям к здоровью или эргономике.

Сначала меняйте запись — и только один параметр за раз

Полезный первый шаг — контролируемое сравнение, а не замена модуля. Оставьте дисплей точно в том же состоянии: тот же хост, та же прошивка, то же тестовое изображение, та же настройка яркости, то же внешнее освещение. Затем измените один параметр камеры.

Если в телефоне есть ручной или «профессиональный» видеорежим, измените время экспозиции или выдержку и запишите снова. Если ручного управления нет, зафиксируйте это ограничение; переключение между стандартными частотами кадров телефона — более слабая замена, поскольку телефон может менять сразу несколько параметров. Вторая камера может дать дополнительный контекст, но не является эталонным прибором.

Если узор меняется, когда меняются только условия записи, его вид зависит от процесса съёмки. Такой результат согласуется с взаимодействием экспозиции и меняющегося во времени света, но не устанавливает ни источник, ни периодичность. Для освещения с известным мерцанием Sony описывает точную подстройку выдержки, уменьшающую записанные полосы (поддержка Sony Imaging). То же исчезновение полос в необъяснённой записи с телефона не доказывает постоянства света и не квалифицирует дисплей. Нет единого значения выдержки, подходящего для всех дисплеев.

Второе, отдельное сравнение — зафиксировать настройки камеры и менять только настройку яркости дисплея. Меняются ли полосы вместе с яркостью — это подсказка поставщику, какую часть цепи управления яркостью проверять первой. Сама по себе она не определяет причину.

Когда вопрос перестаёт касаться камеры

Переходите к электрическому и оптическому исследованию, если выполняется любое из условий:

• Люди видят мерцание, кратковременные пропадания изображения или его искажения без камеры.
• Само изображение искажено, смещено или нестабильно, а не просто равномерно становится светлее и темнее.
• Поведение связано с событием по питанию, температурой, движением кабеля или изменением прошивки.
• Изделие будут снимать на видео, использовать для видеозвонков или его будет наблюдать камера машинного зрения, так что записанное поведение входит в требования.

Первые три случая требуют более широких проверок из нашей статьи об устранении мерцания TFT LCD, где рассматриваются цепи питания, синхронизации, прошивки, подсветки и FPC. Для находок, связанных с подсветкой, наша статья об отказах подсветки и снижении яркости LCD объясняет, как условия управления влияют на оценку.

Четвёртый случай — вопрос требований. Если камеры важны для изделия, сообщите об этом до утверждения образцов и опишите используемые камеры, частоты кадров и освещение. Любое измерение фактической модуляции света следует выполнять подходящим оптическим оборудованием на конкретном модуле, с конкретными настройками хоста и уровнями яркости, фиксируя условия испытаний. Изменения драйвера или схемы должны оставаться в пределах документированных параметров модуля и согласовываться с поставщиком, а не придумываться по видео.

Что приложить к видео с полосами

Поставщик гораздо быстрее воспроизведёт и проанализирует проблему, если видео приходит вместе с контекстом:

• Исходный видеофайл, а не копию, пересланную через мессенджер.
• Модель телефона или камеры, режим записи, частоту кадров и, если отображается, настройку экспозиции или выдержки.
• Второй ролик той же сцены с одной изменённой настройкой камеры и пометку о том, что изменено.
• Видят ли люди мерцание без камеры и появляются ли полосы за пределами области дисплея.
• Номер и ревизию модуля дисплея, плату хоста, версию прошивки и интерфейс.
• Настройку яркости и, если известно, способ управления яркостью в изделии.
• Отображаемый тестовый шаблон или содержимое экрана и тип освещения помещения.
• Сколько устройств это показывают и шаги для воспроизведения.

Эти данные также относятся к входному контролю образцов; наш чек-лист проверки образцов ЖК-модулей показывает, где они уместны.

Если у вас есть запись с полосами и перечисленные данные, вы можете отправить их на анализ полос от камеры на LCD. Мы вместе разберём, что подтверждает запись и что ещё нужно было бы измерить.