LED PWM korekcja gamma - czy jest konieczna?

[iKuro]

Cześć wszystkim.

Powoli przymierzam się, do zabawy przy LED'ach w akwarium. Generalnie chcę wyciągnąć więcej koloru z akwarium, i wzmocnić wzrost.

Oczywiście obowiązkowo chcę sobie zrobić regulację jasności, więc mam pytanie, zakrawające o trochę matmy i większej wiedzy, niż ja posiadam

 

Przy tworzeniu własnych lamp, bardzo często spotykam się z tym, że ludzie stosują w swoim oprogramowaniu korekcję gamma jasności LED. Wg mojej wiedzy (którą teraz właśnie chcę zweryfikować), robi się tak, nie z powodu "różnej wydajności LED" a z powodu tego, jak postrzegamy zmiany jasności - w dużym skrócie i uproszczeniu, powyżej 50% jasności zmiany dla ludzkiego oka są już prawie niezauważalne. Skok z 70% do 90% dla nas jest zupełnie niewidoczny.

Sugerując się tym, co wiem o LED'ach oraz o ogólnie regulacji PWM, przy 50% wypełnieniu, LED świeci 1/2 czasu na 100% a drugie 1/2 na 0%. Średnia takiego świecenia - 50% - i to jest postrzegane przez oko ludzkie. Śmiało można wtedy, pomijając oczywiście pobór prądu przy załączaniu i wyłączaniu policzyć, że dioda w takiej sytuacji bierze połowę swojej mocy znamionowej. z diody 3W robi się 1.5W. 

Jak to jest ze stratami ciepła? Wydaje mi się, że zmiana strat jest raczej liniowa w miarę rośnięcia wypełnienia. A nawet jeżeli nie, to mimo wszystko nie rośnie ona aż tak drastycznie, że przy 100% jasności dioda dalej świeci na 50% a drugie 50% to strata ciepła.

 

Biorąc to, co piszę powyżej, zakładam jednak, że strumień świetlny, emitowany przez LED także zmienia się liniowo (a przynajmniej jest zbliżony). Jedynie ludzkie oko tego nie postrzega.

 

Przy regulacji światła z korekcją gamma, doprowadzamy do sytuacji, w której zmiany jasności w skrajnych wartościach wypełnienia (0% i 100%) są drastycznie niewielkie i drastycznie duże. Równomierność zmian strumienia mamy tak na prawdę tylko mniej więcej w środku (a przynajmniej ja to tak odczuwam)

 

Czy jest w takim razie w tym wszystkim sens stosować korekcję gamma, w której "linearyzujemy" zmianę światła wg naszego postrzegania? Nie jest czasem tak, że korzystniej dla korali (i dla nas w celu precyzyjnej regulacji światła), jest nie stosowanie korekcji gamma i regulacja PWM wprost bez większych kalkulacji?

[mathom]

Próbowałem na początku stosować korektę logarytmiczną, bo faktycznie przy liniowym zwiększaniu mocy w pewnym momencie ludzkie oko nie rozróżnia już zmiany intensywności światła.

IMO: ma to jedynie sens dla symulacji wschodów/zachodów przy 8bitowej rozdzielczości PWM, gdzie np. na godzinę wschodu masz tylko 255 poziomów i ściemnianie/rozjaśnienie zachodzi skokowo. Faktycznie przy korekcie logarytmicznej  (patrz http://www.avrfreaks.net/forum/logarithmic-led-brightness-function) jest ciut lepiej.

Stwierdziłem jednak że to jest niepotrzebne marnowanie pamięci avr i kupiłem 12bitowe moduły PWM, gdzie problem widocznych przeskoków jasności przy ściemnianiu jest praktycznie niezauważalny (4048 poziomów), można ustawić znacznie mniejszą wartość światła nocnego (1/4048 zamiast 1/255), a co najważniejsze można bardzo łatwo regulować częstotliwość pracy (bez babrania z timerach avr, które powoduje inne problemy w tym rozregulowanie czasu).

Nie jestem ekspertem do elektroniki, ale wydaje mi się że to nie jest tak że przy PWM dioda świeci na 50% mocy i przełączanie ma wpływ na postrzeganie intensywności. Mówimy przecież o częstotliwościach rzędu kilkusetH. Zresztą wystarczy podpiąć pod lampę watomierz.

Tak na dobrą sprawę dochodzę do wniosku że dywagacje o mocach ledów, szczególnie chińszczyzny, gdzie nie mam możliwości sprawdzić ile świeci lumenów o jakiem temperaturze są do rozbicia o kant d*.

Przydałby się miernik PAR, zastanawiam się nawet nad kupnem,a na pewno nad pożyczeniem, tyle że chyba nikt nie ma

Edytowane 10 Października 2017 przez mathom (wyświetl historię edycji)

[Gość]

zacznijmy od tego że w driverach PWM służy do regulacji prądu - czyli ile prądu otrzyma dioda

i np dioda 3W 700mA przy podanym prądzie 350mA (czyli umownym 50% PWM) świeci mniej więcej jak dioda 1W

[mathom]

hmm... a skąd to wyliczenie Marku ? dlaczego nie 2W albo może 1.5W ?

Ale tak jak napisałem wyżej, co z tego ile prądu żre led jak nie wiemy ile marnuje się jako ciepło i jakie jest widmo tego światła...

Jedyny sensowny cenowo miernik PAR (senseye) to i tak jest ponad 7 stówek :/

Edytowane 10 Października 2017 przez mathom (wyświetl historię edycji)

[Gość]

5 minut temu, mathom napisał:

hmm... a skąd to wyliczenie Marku ? dlaczego nie 2W albo może 1.5W ?

 

mówię o ilości lumenów

(napisałem świeci a nie działa )

[iKuro]

@mathom :

To co piszesz, to jest druga strona medalu - też zamierzam to zrobić na 12bitowym przetworniku PWM po I2C. Właśnie z powodu przeskoku jasności.

Ale korekcji gamma (tej logarytmicznej właśnie) nie stosuje się z tego powodu, lecz aby wyrównać właśnie subiektywne zmiany jasności względem "kroku" który robisz. Bez tej korekcji powyżej 50% wypełnienia PWM nie widzisz już różnic w jasności - a przynajmniej nie tak znaczne jak zmiana z 0% na 10%

@silvia:

Hm, fakt z driverami mam do czynienia dopiero teraz, i jeszcze nie testowałem właśnie jak to wygląda przy regulacji PWM pełnej na nich (mam tylko zadajnik PWM, który niekoniecznie działa prawidłowo - jest dostosowany do silników i driverów bldc)

Nie jest tak, że nawet przy regulacji PWM na driverze dioda dostaje po prostu mniejsze napięcie przy stałym prądzie? Tak przynajmniej myślałem.

Ew skoro jest to regulacja PWM prądem, to napięcie które jest podawane powinno być w miarę "stałe" przy wartości zadanej. Wtedy przy mniejszym prądzie, czyli przy 50% wartości zadanej 350mA jednak powinno oznaczać że dioda zabierze 1,5W a nie 1.

Chyba że masz na myśli subiektywne postrzeganie jasności diody? Wtedy jestem w stanie się zgodzić z tym stwierdzeniem że "świeci jak 1W"

Edit:

@silvia - robiłeś jakieś testy że tak jest?

W sumie mam wszystko oprócz diody 1W żeby to sprawdzić  Chwała producentom "gotowych rozwiązań" - mam i miernik lux'ów jak i diody i drivery. Chyba się dzisiaj pobawię

Edytowane 10 Października 2017 przez iKuro (wyświetl historię edycji)

[mathom]

4 minuty temu, silvia napisał:

mówię o ilości lumenów

Masz na to jakiś wzór ?

3 minuty temu, iKuro napisał:

Ale korekcji gamma (tej logarytmicznej właśnie) nie stosuje się z tego powodu, lecz aby wyrównać właśnie subiektywne zmiany jasności względem "kroku" który robisz. Bez tej korekcji powyżej 50% wypełnienia PWM nie widzisz już różnic w jasności - a przynajmniej nie tak znaczne jak zmiana z 0% na 10%

OK, ale po co ? Ja mam widzieć różnicę, czy więcej luxów ma docierać do korali ?

Przy samym ściemnianiu/rozjaśnaniu - spoko  - ale lampa w końcu stanie na zadanej wartości, która przy tym podejściu może być jednak znacząco inna niż ta której oczekujesz.

Powtórzę raz jeszcze: robimy fajne i mocne lampy LED, przyjmujemy często przelicznik mocy/L jak przy T5 (1W/1L), ale i tak nie jesteśmy w stanie organoleptycznie stwierdzić jak te lampy świecą.

[Gość]

Driver ma zrobić tak , żeby czy w jednej (czy kilku diodach w nitce) był taki prąd jaki ustawiono , a robi to zmieniając napięcie

diody nie rozjaśniają się "równomiernie"

a np. tak

 

1 minutę temu, mathom napisał:

Masz na to jakiś wzór ?

 

po co wzór jak można zmierzyć - albo zerknąć na taki wykres

[iKuro]

2 minuty temu, mathom napisał:

Masz na to jakiś wzór ?

OK, ale po co ? Ja mam widzieć różnicę, czy więcej luxów ma docierać do korali ?

Przy samym ściemnianiu/rozjaśnaniu - spoko  - ale lampa w końcu stanie na zadanej wartości, która przy tym podejściu może być jednak znacząco inna niż ta której oczekujesz.

Powtórzę raz jeszcze: robimy fajne i mocne lampy LED, przyjmujemy często przelicznik mocy/L jak przy T5 (1W/1L), ale i tak nie jesteśmy w stanie organoleptycznie stwierdzić jak te lampy świecą.

No i właśnie o to mi chodzi w moim pytaniu - po co to wygładzać:) Po prostu czytając o DIY w kwestii lamp do awkarium, często spotkałem się z funkcją wygładzania świecenia diody. Zastanawiam się tylko czy to w ogóle ma sens i czy czasem nam nie utrudnia.

Kwestie doboru mocy itp pomijam, bo nie chodzi mi o nie w żadnym wypadku.

I nie jestem pewien czy się zrozumieliśmy, przy korekcji gamma wartość zadana przy 100% to dalej jest 100% wypełnienia PWM czyli pełne świecenie diody, a przy 0% dalej mamy mieć diodę zgaszoną. W tej korekcji chodzi o wyprostowanie "krzywej jasności" diody. Przy jej zastosowaniu mamy inne wartości pośrednie, niż przy stosowaniu PWM wprost.

 

@silvia- Chyba muszę poczytać jeszcze o driverach, i samemu nimi się pobawić, bo najwyraźniej nie do końca do mnie to dotarło wcześniej jak to ma działać. Byłem przekonany, że skoro są one źródłami prądowymi, to regulują one tylko i wyłącznie napięciem - jednak jak widzę tak nie jest do końca

Rozumiem, że wykres który wskazałeś odzwierciedla liniową zmianę jasności? Bo tu jednak jest tylko zależność prądu od napięcia - pasuje to do tematu drivera, ale nie jestem pewien jak to się ma do jasności diody. Masz jakiś wykres który jest do pary z tym?

[mathom]

7 minut temu, iKuro napisał:

I nie jestem pewien czy się zrozumieliśmy, przy korekcji gamma wartość zadana przy 100% to dalej jest 100% wypełnienia PWM czyli pełne świecenie diody, a przy 0% dalej mamy mieć diodę zgaszoną.@silvia

 

Tyle że w rzeczywistości raczej nigdy nie będziesz świecił na 100%.

Tu jest ciekawy wątek odnośnie tego co napisał silvia:

https://electronics.stackexchange.com/questions/17528/does-pulsing-an-led-at-higher-current-yield-greater-apparent-brightness

Wynika z niego że każda dioda ma inną charakterystykę, ale zależność prąd/lumeny jest mniej więcej liniowa.

Tu jest drugi artykuł:

http://www.ledsmagazine.com/articles/print/volume-4/issue-8/features/driving-led-lamps-some-simple-design-guidelines.html

Edytowane 10 Października 2017 przez mathom (wyświetl historię edycji)

[Gość]

3 minuty temu, iKuro napisał:

@silvia- Chyba muszę poczytać jeszcze o driverach, i samemu nimi się pobawić, bo najwyraźniej nie do końca do mnie to dotarło wcześniej jak to ma działać. Byłem przekonany, że skoro są one źródłami prądowymi, to regulują one tylko i wyłącznie napięciem - jednak jak widzę tak nie jest do końca

Rozumiem, że wykres który wskazałeś odzwierciedla liniową zmianę jasności? Bo tu jednak jest tylko zależność prądu od napięcia - pasuje to do tematu drivera, ale nie jestem pewien jak to się ma do jasności diody. Masz jakiś wykres który jest do pary z tym?

driver jest źródłem prądowym - zmieniając napięcie ma zadanie dać na wyjściu ustawiony prąd

ten wykres akurat miałem "pod ręką" ale są takie w specyfikacjach diod - trzeba by poszukać jak to dokładnie wygląda

(rozwijając driver stało-prądowy ma dać na wyjściu np. 700mA - nieważne czy podłączysz 1 czy 6 diod - ma tak dobrać napięcie żeby było 700mA driver sterowany np. przez PWM to samo tyle że zamiast stałego 700mA możesz sobie ustawić mA od zera do 700 ,a driver zmieniając napięcie ... ) 

21 minut temu, mathom napisał:

Wynika z niego że każda dioda ma inną charakterystykę, ale zależność prąd/lumeny jest mniej więcej liniowa.

co do tego że diody się różnią - pełna zgoda , z tym "mniej więcej" to bym polemizował w jednych będzie a drugich ... absolutnie nie 

przeważnie jednak jest tak że im większy prąd tym jaśniej świeci chip a reszta to np jakość tegoż chipa i luminofor

[iKuro]

No,

ostatnie dwa dni spędziłem na kminieniu tematu. Ba! nawet zdążyłem sobie zrobić własną "lampkę" led: 3x Royal Blue, 3x Deep Red, 3x Full Spectrum + 1x UV.

Potestowałem także regulację PWM na tym cudzie. Fakt, jest jak mówiłeś - prąd się zmienia. Driver co najwyżej upewnia się, że napięcie jest ok.

Nawet zrobiłem swoje pierwsze błędy - podpiąłem w tej samej nitce UV, Blue i Red - i jak na złość to UV mi się spaliła

Do tego kupiłem 4 różne drivery żeby przekonać się, czy są między nimi różnice. Wszystkie z opcją ściemniania. Tylko 1 mi piszczał przy PWM, choć są przynajmniej 3 różne konstrukcje. Zakupiłem 2 z masą wspólną ze źródłem, dwa które + i - dla LED mają inne niż + i - na wejściu. No i do tego jeden który ma być ściemniany za pomocą dimmera który rozcina prąd na driver.

A i faktycznie, z jakiegoś powodu przy wykorzystaniu funkcji dimmera, LED nigdy nie świecił pełną mocą.

Ale... nie zrobiłem testów jasność/wypełnienie. Może machnę to w weekend, jak będę pisał soft do lampki.

 

Tak więc, aby podsumować dyskusję nieco:

1) Wszystko zależy - w każdej kwestii

2) Sterowanie PWM reguluje prąd jaki jest podawany na diodę, a ta ma się dopasować.

3) Jasność diody względem stopnia wypełnienia sterowania PWM jest zbliżona do liniowej - w ogólnym przypadku, ale patrz pkt 1)

4) Dla korali sterowanie gamma jest nie wskazane - a konkretniej dla człowieka, który ustawia sobie kolorek na diodzie. Wnioskując z pkt 3).

5) Korekcja gamma jest robiona tylko i wyłącznie pod użytkownika, aby zmiany pomiędzy kolejnymi "krokami" były pozornie jednakowe - ale może to nieść ze sobą gwałtowne bądź powolne zmiany światła

 

Dobrze prawię? Czy nie bardzo?

 

O i jeszcze ode mnie linki. Tak na przyszłość:

https://www.digikey.pl/en/articles/techzone/2014/feb/led-color-shift-under-pwm-dimming?fullsite=true

https://hackaday.com/2016/08/23/rgb-leds-how-to-master-gamma-and-hue-for-perfect-brightness/

Edytowane 11 Października 2017 przez iKuro (wyświetl historię edycji)

[SU1]

8 godzin temu, iKuro napisał:

O i jeszcze ode mnie linki. Tak na przyszłość:

https://www.digikey.pl/en/articles/techzone/2014/feb/led-color-shift-under-pwm-dimming?fullsite=true

https://hackaday.com/2016/08/23/rgb-leds-how-to-master-gamma-and-hue-for-perfect-brightness/

W obsłudze lampy to nic nie zmienia  i nie ma żadnego znaczenia . 

[Gość]

9 godzin temu, iKuro napisał:

Nawet zrobiłem swoje pierwsze błędy - podpiąłem w tej samej nitce UV, Blue i Red - i jak na złość to UV mi się spaliła

a wszystkie były tej samej mocy / mA ? bo nie powinna się spalić

[iKuro]

Niby wszystkie 3W/700mA ale jedna z jakiegoś powodu ma 2V/700mA znamionowo, druga 4V/700mA znamionowo. Tylko niebieska była równym 3.4V/700mA. Ale to są jakieś "oszukane diody" kosztujące po 2-4zł/szt Epiled/Epistar. 

 

Zastanawia mnie o co chodzi, kiedy piszą że dioda jest 1/3W - ale gdzieś poczytałem że właśnie te "chińskie oszukańcze" mają taką metodę że się na pałę podaje 700mA.

Mam w domu zasilacz pseudolaboratoryjny - po podpięciu kilku takich diod z nastawionym napięciem znamionowym brała 350mA. max 400mA

Nie chciałem kupować Cree bo sobie robię testową lampkę bardziej, poza tym chciałem zobaczyć jakie efekty dadzą ledy Full Spectrum

 

@SU1 - jesteś pewien że cytat do którego się odwołujesz jest adekwatny do tego co napisałeś?  Bo nie rozumiem

Edytowane 12 Października 2017 przez iKuro (wyświetl historię edycji)

[Gość]

4 minuty temu, iKuro napisał:

Niby wszystkie 3W/700mA ale jedna z jakiegoś powodu ma 2V/700mA znamionowo, druga 4V/700mA

 nie patrz na napięcia 3,4 czy 2,3V - czerwone diody pracują na niższym napięciu (przy tych właśnie 2,3V mniej więcej - już prąd na nich jest około 700mA) - muszą się zgadzać mA - napięcie (w sumie) ustali driver

jeżeli bawisz się zasilaczem - to trzeba uważać - bo łatwo przekroczyć MAX , to samo z rezystorami zamiast driverów - trzeba dokładnie policzyć

[iKuro]

Tak tak, wiem  I tak te wszystkie diody to sobie kupiłem właśnie na zepsucie  Po jednej z każdego kolorku i kilka już pod tą prototypową lampkę.

Akurat na zasilaczu nie przekroczyłem MAX'a - no może raz, kiedy z rozpędu podałem 12V na diodę - szybko poszlo, błysk i zgon ;D

Poza tym podpiąłem w pierwszej kolejności pod zasilacz, bo mam na nim możliwość ustawienia zarówno prądu jak i napięcią - stąd właśnie pozwoliłem sobie podpiąć diodę. Myślałem, że jak każe urządzenie z którym się spotkałem - przy danym napięciu pociągnie sobie dany prąd - a tu zaskoczenie właśnie bo prąd o połowę mniejszy przy napięci znamionowym