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research | VIDEO LIGHTING

ISO 設定と LED 調光が映像画質に与える影響
フィリップ・デュア、J・ミュンディンガー、アルプ・ダーマス
米ペンシルベニア州立大の研究者らは、映像撮影時の LED システムによる最適な照明条件を明らかにするために、パルス幅変調を利用した調光方法の影響を調査している。
建築照明設計と映像制作は、インパを捉えて惹きつけることである。

ために、 パルス幅 変 調（ Pulse-Width

クトのある視覚体験を生み出すための映像制作では、使用する LED 照明

Modulation：PWM ）と調光が映像制作アプローチに多数の類似点がある。どシステムが録画映像の品質に悪影響をの視覚的品質に与える影響を調査するちらにおいても、空間またはコンテン与えることが珍しくない。図 1 は、カことを目的としている。PWM 調光方ツの魅力を高めて見物者や使用者を惹

メラと LED の間に暗い線として現れ法がさまざまな照明パラメータに与えきつけるために、色、光度、分布、全る可能性のある、視覚的な不整合の例

る影響と、カメラとのその適合性を調体的な雰囲気などの項目を慎重に検討を示している。このような問題は、全べることにより、最適な照明条件を達（1）、（2）する必要がある。建物に対する体的な映像画質を著しく低下させて、成する方法を学び、特定の LED シス

照明スキームを設計する場合も、特定制作の創造的なビジョンを妨げる可能テムによって課される制約を克服するの感情を呼び起こす映像を制作する場性がある。

ことができる。この知識は究極的に、合も、その究極の目標は、見る者の心20

2024.3 LEDs Magazine Japan

本稿は、このような課題を解決する

映像制作者や照明設計者が、創作物の視覚的品質を高めて、照明とカメラ技術を確実にシームレスに統合するために役立つ可能性がある。

表1 さまざまな調光レベルと周波数で撮影した映像の中の暗いバンドと明るいバンドのCIELAB（4）
明度（ L *ab ）CIELAB 明度（ L*ab ）

PWM
(Hz)

明るいバンド暗いバンド

明るいバンドと暗いバンドの明度差 **900

241920%2,50025238%

5,000

18176%

設定、LED の PWM、相対的な光レベ

10,000---ルの間の関係を調べるための実験を行

25,000---った。米ペンシルベニア州立大（ Penn­

900

675715%のライティ
sylvania State University ）2,50064623%

5,000

61

60

2%

実験では、壁に掛けられた絵画を LED

10,000---光源で照らした。24 〜 70mm の独ツ

25,000---ァイス社（ Zeiss ）製レンズを装備した

900---

ソニーの「 A7Sii 」カメラを、LED の2,500---

5,000---

10,000---25,000---900443618%2,50045426%5,00042405%

照明条件が暗くなるほど、高い ISO 値

10,000---が使用される。ISO 設定を変化させる

25,000---

ことにより、映像に現れる暗い線に対

900847610%

2,50079773%

ISO

調光レベル *

方法
録画映像に暗い線が現れる問題に対5%処するために、研究チームは、カメラングラボ（ Lighting Lab ）で行ったこの

2000

50%

100%

横に配置した三脚に、絵画の方に向けて設置した。
最初に、ISO 設定と、映像に現れる暗い線との関係を調査した。屋内で映像を録画する場合は、600 〜 6400 の5%間の ISO 値を使用するのが一般的で、するその影響を分析した。
次に、PWM が映像画質に与える影

6400

50%

響を調査した。PWM は、LED 照明を調光するための方法で、図 2 に示すよ
うに、オン状態とオフ状態を素早く交互に切り替えることによって、明るさを落とした一定の光であるかのような錯覚を生成するものである（ 3 ）。ここでは、照明がオンになる時間とオフになる時間の長さを決定する、周波数（単位：Hz ）を調整した。人間の目には連続的な光のように見えるが、PWM 調

100%

5,0008987

2%

10,000---25,000-

-

-

900-

-

-

2,500---

5,000---

10,000---25,000---* 調光レベルが 100% の場合に、照明はフル出力となる** 録画映像のスクリーンショットにおける明るいバンドと暗いバンドの明度差を、Adobe
Photoshop で色選択ツールの CIELAB L* を使用して分析した
出典：ペンシルベニア州立大の収集データ

光は、LED ストリップのオン状態とオフ状態の間の「フリッカ」（ちらつき）

測者には一定の光のように見えても、で録画した映像に観測されたバンディを制御することによって、光出力と知光源は一定の光出力を生成しているわング（帯状の線）を示したものである

覚輝度を変化させているにすぎないこけではない。 図 3 は、 調 光レベルが（ PWM は、Hz の単位で表され、デュとに、注意が重要である。つまり、観50%、ISO 値が 2000、PWM が 900Hz

ーティサイクルは、照明のオフ時間にLEDs Magazine Japan 2024.3

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表２

ISO が 2000 の場合の映像のフリッカ強度（緑色＝良好な品質、赤色＝低品質）
ISO 2000PWM (Hz)

調光レベル *
5%

50%

100%

900

20%

15%0%

2,500

8%

3%

0%

5,000

6%

2%0%

10,0000%0%0%

25,0000%0%0%* 調光レベルが 100% の場合に光源はフル出力、調光レベルが 50% の場合に光源は 50% 出力、
以下同様
出典：ペンシルベニア州立大の収集データ
表３ISO が 6400 の場合の映像のフリッカ強度（緑色＝良好な品質、赤色＝低品質）
ISO 6400
PWM (Hz)

調光レベル *
5%

50%

100%

900

18%

10%

0%

2,500

6%

3%0%

5,000

5%

1%

0%

10,0000%0%

0%25,0000%0%0%

図１ 照明品質の低い録画映像には、暗い線が現れる可能性がある（画像提供：ペンシルベニア州立大）
パルス幅変調〔PWM〕
デューティサイクル

出典：ペンシルベニア州立大の収集データ
表４

LED 照明の PWM が 1338Hz の場合の映像のフリッカ強度
図２

ISO 2000PWM (Hz)
1,338**

調光レベル *
5%

50%

100%

不可視 *

21%

2%

1,338**

光の違いが強調される空間を用意して、絵画とテーブルを含む静止物体の映像を捉えるように、カメラを配置した。
まずは、照明器具の出力を 100% に

ISO 6400
PWM (Hz)

パルス幅変調のデューティサイクルして実験を行った。出力が 100% の場

調光レベル *
5%

50%

100%

合は、照明器具のデューティサイクル

不可視 *

15%2%に「オフ」状態が存在しないため、映像*「不可視」は、調光レベル 5% では光度が低く、ISO 設定が 2000 または 6400 のカメラでは映像が形成されないことを意味する** 映像を撮影する空間を照らす LED 照明の PWM 測定値は 1338Hz だった。この調査では、この値を基準としている。PWM の測定には、校正済みのフリッカメーター（ Gigahertz Optik社の「 BTS256-EF 」）を使用した
出典：ペンシルベニア州立大の収集データに 暗 い 線 は 現 れ な か っ た。 出 力 を100% よりも低くすると、暗い線が現れ始めた。出力を 50% にすると、暗い線の強度に変化が現れることに気づいた。
表 1と表 2 に示すように、PWM を低くするほど、フリッカの強度は高くなっ対するオン時間の割合 [ パーセント値 ]24fps、 焦 点 距 離 35mm で 10 〜 15 秒

た。ISO 値を変えた場合と、光出力をで表される）。

間の録画を行った。シャッタースピード5% にした場合でも、これと同じ傾向がは 1/125 秒、絞り値は f4 に設定した。

見られた。この実験結果（表 1 〜 4 ）は、

カメラによっ て、フレームレート

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図３ PWM で照明を調光する際に現れた、暗いバンドと明 るいバンド（画 像 提供：ペンシルベニア州立大）

PWM、ISO、調光レベルが、録画映像の暗い線の存在に与える影響の概要を示している。
「 Adobe Photoshop 」で CIELAB L *abの明度値を使用して、帯状の線の最も暗い部分（暗いバンド）と、帯がない領域の最も明るい部分（明るいバンド）の明度差を計算した。CIELAB L *ab の明度値は 0 〜 100 で、高い値ほど明るい映像を表す（ 4 ）。暗いバンドと明るいバ(a)

(b)

(c)

(d)

許容不可能：(a): 5%, 900Hz, ISO 6400(b): 50%, 900Hz, ISO 2000
後編集によって許容可能：(c) 50%, 2,500Hz, ISO 2000(d) 50%, 2,500Hz, ISO 6400
許容可能：(e) 100%, 5,000Hz, ISO 6400(e)

図４

実験条件下の録画映像からのスクリーンショット

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ンドの明度差を、バンディングの許容めに有効である。実際の撮影の前に、査 した。LED 照 明 器 具 の PWM 周 波度を表すカラースケールを使用して評

テスト撮影でカメラの性能を確認して数 が約 10,000Hz で、 出 力 を 100% に価した。緑色は、許容可能なレベルをおくことも、潜在的な問題の検出に役設定した場合、バンディングの問題は表し、黄色は、制作後の調整により許立つ。校正済みの照度計または輝度計生じなかった。このような高い PWM容可能であることを表し、橙／赤色は、で、撮影しようとしている場所の光レ周波数を持つ光源が利用できない場所許容不可能なレベルであることを表ベルを測定できるためだ。最新式のカでは、照明出力を 100% よりも低くすす。明度差が 6% を超える場合を、許メラは、映像をリアルタイムに液晶画ると、バンディングの問題が生じる可容不可能とみなすことにした。図 4 は、面にフィードバックできる。撮影場所能性がある。

さまざまな許容レベルの画質を示しての 画 質 を カ メ ラ で 確 認 し、 照 明 を映像に現れるバンドの強度を抑えるいる。

100% 出力（調光なし）に設定することために、映像のフリッカ強度が黄色／これらの結果は、PWM と調光レベにより、バンディングが出現する確率

橙色のゾーンに該当する場合は、カメルの両方が、暗いバンドの出現に多大を低減する。ポータブル照明を取り付

ラの ISO 値を上げた（表 3 ）。PWM がな影 響 を与 えることを示 している。

けるか、高出力（ 90% 〜 100% ）のオフ

900 〜 1500Hz で調光レベルが 50% 以

LEDの出力を100%に設定した場合は、カメラライティングを行うことも、バ下の場合、映像は許容不可能なレベル

表に記載した PWM 値において、バンンディングの低減に効果的である。になった。

ディングは観測されなかった。しかし、カメラの ISO 設定を上げると、バン

本稿の調査結果は、バンディング問調光レベルを 100% 出力よりも低くすディングをさらに低減できるが、ISO題の定量的なエビデンスであり、映像ると、バンディングが出現し、その確値が高いほど、デジタルノイズが生じ画質に悪影響を与える条件の特定に役率は、照明器具の PWM、調光レベル、やすくなる。バンディングがまだ許容立つものである。この調査は、カメラカメラ設定に依存する。一般的に、品できない状態であれば、シャッタース設定、調光レベル、光源の PWM を体質の高い照明器具ほど、高速な PWM

ピードとフレームレートを少し調整す系的に分析することにより、映像制作調光機能を搭載するため、バンディンることを検討してもよいが、それらは、において PWM が画質に与える影響にグが現れる確率は低くなる。逆に、品動きのキャプチャと画質に影響を与え関する貴重な知見を得ることを目指し

質の低い照明器具は PWM がより低速ることを覚えておいてほしい。シャッている。得られた知見は、プロの映像である傾向にあるため、バンディング

タースピードは遅いほど、フレームレ制作者が、カメラや照明の設定を最適が現れる確率は高くなる。

ートは高いほど、バンディングは抑え化してバンディングを抑制し、優れたられる。

画質を実現する上で、有益となるはず高画質映像を確保することが、映像制作では不可欠である。許容不可能な範囲のフリッカ強度のバンディングが結論だ。本稿の調査では、1 つのカメラモデルだけを使用したが、今後は他のメ現れる録画映像では、有用な結果は得

本稿の実験では、ISO、PWM、調ーカーやモデルのカメラについても、られない。この問題に対処しない場合光レベルが映像画質に与える影響を調バンディングを調査する必要がある。

は結局、図 4 の a や b に示すような満足できない画質しか得られない。

推奨事項
録画映像のバンディング問題を解消するために、いくつかの対策を講じることができる。まず、撮影場所を探す
際には、明るい（光レベルが高い）場所を選択する。暗い場所で撮影する場合は、新しい光源を追加して光レベルを上げることが、バンディングを防ぐた

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参考文献（ 1 ）C . Gloman and T. LeTourneau, Placing Shadows: Lighting Techniques for Video
Production, Routledge（ 2012 ）.
（ 2 ）R.S. Berns, Billmeyer and Saltzman ’ s Principles of Color Technology, John Wiley & Sons
（ 2019 ）.
（ 3 ）L. Svilainis, “ LED brightness control for video display application, ” Displays, 29（ 5 ）, 506511（ 2008 ）.
（ 4 ）D. Durmus, “ CIELAB color space boundaries under theoretical spectra and 99 test color
samples, ” Color Research & Application, 45（ 5 ）, 796-802（ 2020 ）.
著者紹介
フィリップ・デュア（ PHILIP DURE ）、J・ミュンディンガー（ J. MUNDINGER ）、アルプ・ダーマス（ ALP DURMUS ）は、米ペンシルベニア州立大（ Pennsylvania State University ）で建築と照明の研究を行っている。

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