【ドライブレコーダー】
2015年06月01日(月) 初版
■ ドライブレコーダーと交通信号機の点滅
【ドライブレコーダーと言う名称】
ドライブレコーダーは和製英語らしく、Event Data Recorder (EDR)と言うらしいです。
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【自動車事故を記録するドライブレコーダー】
ドライブレコーダーは、交通事故の記録やタクシー車内トラブルの記録などの用途で取り付ける人が増えました。
ＧＰＳにより、いつ、どこで撮影したかも判るようです。
【信号機が消滅！】
ドライブレコーダーの記録を再生すると、信号機が真っ暗で点灯していないことがあります。
この現象は、西日本でよく起こります。なぜでしょうか？
【ＡＣ電源と周波数】
まず、電源周波数についてです。ＡＣとはAlternating Current、交流電流の事です。
有名な話ですが、東京電力の前身となる会社はドイツから発電機を輸入しました。（当初は直流送電でした）
ドイツの電源周波数が５０Ｈｚなので、東京と東日本の電源周波数は５０Ｈｚになりました。
大阪の関西電力の前身となる会社は、米国から発電機を輸入しました。
米国の電源周波数が６０Ｈｚなので、大阪と西日本の電源周波数は６０Ｈｚになりました。
【電源周波数とテレビの規格】
アナログ・テレビ放送規格ですが、
ヨーロッパでは１秒間に２５枚のフレーム、その２倍、５０フィールドで画面を作るテレビ規格を作りました。
これは、画面更新間隔を電源周波数の５０Ｈｚに一致させる事で、テレビ画面が電源周波数とビートを起こす、電源フリッカーを目立たなくする為です。
米国では１秒間に３０枚のフレーム、その２倍、６０フィールドで画面を作る規格を作りました。理由は同じで、電源フリッカーを防止する為です。
【テレビのカラー化と規格変更】
上記の規格は白黒時代の規格で、カラーに変更する時に、米国の方式はそのままではカラー信号から音声への妨害が激しく、規格を少し変更する事にしました。
水平同期周波数は映像から4.5MHz離れた周波数にFM音声があり、これへカラー信号が妨害を与えないように、水平同期周波数は15.75kH(白黒テレビ）から4.5MHz(音声周波数）÷286＝15.734265KHz（カラー）へ変更されました。
この周波数15.7kHzはブラウン管からキーーーーーン、と言う音で聴こえていました。
垂直同期周波数ですが、先ほど決まった水平同期周波数から15.734265KHz÷（水平走査線数525本÷２）＝59.94005994Hzと決まりました。
つまり、約59.94Hzです。白黒テレビはぴったり60.00Hzでした。
【世界のテレビ規格、日本のテレビ規格】
基本的にヨーロッパ（英国やフランス）関連の国もしくは共産圏は５０Ｈｚ系へ（フランス：ＰＡＬ，ドイツ：ＳＥＣＡＭ）、アメリカ関連の国は６０Ｈｚ系になりました。
日本は戦後、米国方式（ＮＴＳＣ）６０Ｈｚ系を採用しました。
【テレビの垂直同期周波数と西日本の電源周波数】
この59.94Hzは、大阪の電源周波数に近いです。60Hzと言われる電源周波数ですが、偏差が±0.2Hzあるので、59.8～60.2Hzの間を出来るだけ60.0Hzを目指しつつ、変動します。
【ハイビジョンの垂直同期周波数】
2015年現在、私達が見ているデジタルハイビジョン放送の垂直同期周波数は、アナログの名残で59.94Hzです。
1989年から2007年まで放送していたアナログＦＭ伝送のMUSEデジタル圧縮ハイビジョン放送では60.00Hzでしたが、既存の放送ライブラリが全て59.94Hzだったこと、アナログ放送とのサイマル放送で、垂直同期周波数が違う事による弊害が大きく、ハイビジョンがデジタル化される時に59.94Hzに戻されました。
【交流電源】
私たちが使っているAC100V電源は、-141Vから+141Vまで電圧／電流が変化している交流です。正弦波、ＳＩＮ波です。
（実際は、AC100Vと言っても、AC90～110Vの間をふらふらと変動しています）
電源を直流にしないのは、交流が送電時のエネルギーロスを少ない方法で安価に送電できるからです。
【交流の欠点】
交流にも欠点があります。交流電力は一定ではなく、電力が無い瞬間があります。０Ｖ付近の時間帯は電力が得られません。これは６０Ｈｚでは１秒間に１２０回発生します。
白熱電球は、電力を熱エネルギーへ変え、熱から光へ変換しています。
普通使う１００Ｖ４０Ｗや６０Ｗの白熱電球になると、電球が大きく、フィラメントの熱容量が大きい為、入力電力が変動しても、あまり熱変動が起きない為、さほど点滅にはなりません。（明るさが多少変動しています）
この為、旧式の白熱電灯の信号機で交流を使っていても点滅しません。
豆電球はフィラメントの熱容量が小さく、入力変動がダイレクトに光出力へ影響します。
直流電流に音声信号を重畳して豆電球を点灯すると、音声信号が光の強度に変換され、音声通信が出来ます。
100Vの普通の電球では出来ません。
【人の目と光源の点滅】
人の目は、光源の明るさで、明滅の気が付き易さが異なります。
照明や信号機など明るい光源は、高い周波数まで明滅に気付きますが、電源周波数50Hz地域で100回の明滅、60Hz地域で120回の明滅なので、気になりません。
蛍光灯の端っこをじーーーっと見ていると、若干明るさが変動している事が判る程度です。
フィルム映画は１秒間に２４枚の写真を連続して映写します。コマが切り替わる瞬間、どうしてもスクリーンが暗くなります。
人間の目は、１秒間に２４回程度の”明るい”明滅だと、明滅がある事が判ります。
上映中の映画館は、屋外に比べて暗いです。しかし、暗くても、１秒間に２４回の明滅は、見ている人が判ってしまいます。
そこで、フィルム式映画館では途中、シャッターを閉じる事で、４８回点滅させ、点滅が気にならないように工夫しています。
テレビは映画館のスクリーン程暗くないので、コマ数が25枚／秒や30枚／秒では、フリッカーがきになってしまいます。
そこで、飛び越し走査にしてコマ数を50枚／秒や60枚／秒にしました。
【ＬＥＤ信号機の点滅】
交通信号機が徐々にＬＥＤへ取り替えられています。白熱電球がＯＫで、なんでＬＥＤではＮＧなのでしょうか？
【ＬＥＤ信号機の点灯】
ＬＥＤ信号機は単相交流１００Ｖか単相３線式２００Ｖを使用しているようです。（一般家庭と同じです）
※電源として三相交流を使用するか、内部で安定した直流電圧を作れば、ドライブレコーダーでの信号機の点滅は起きません。
ＬＥＤ信号機は①ＡＣ１００ＶをＡＣ１２Ｖなど低い電圧へ落とします。次に交流を直流にします。（②全波整流）
しかし、これだけでは電圧が０Ｖになる瞬間があります。
このままＬＥＤを駆動すれば、③点滅します。
この点滅は十分に早く、人間が見ても連続して光っているように見える為、信号機としては問題がありません。
【ドライブレコーダーの撮影タイミング】
ドライブレコーダーには動画として撮影するカメラ・撮像素子が内蔵されています。
撮像素子が画像を撮影する時、上から下に順繰りと撮影した画像を取り出します。
信号機が画面の上の方に映っている時、走査開始から早い時間に読みだしています。
【ドライブレコーダーの撮影タイミングとＬＥＤの発光タイミング】
ドライブレコーダーのカメラがノンインタレース （＝プログレッシブスキャン、順次走査）であると仮定すると、④ カメラは１秒間に３０回（２９．９７回）撮影しています。
※ もしかしたら、インタレース、飛び越し走査かもしれません。その場合、⑥点線の△でも撮影しています。
信号機のＬＥＤは ③１秒間に１２０回、点いたり、消えていたりしています。（東京では１００回）
この２つの③発光と④撮影タイミングが一致すると、信号が連続的に点灯しているように撮影されます。
【ドライブレコーダーの撮影タイミングとＬＥＤの発光タイミング】
もし、タイミングが一致しないと、暗く映ったり、全く消えているように見えます。
【ドライブレコーダーの撮影周期とＬＥＤの発光周期】
ドライブレコーダーの撮影周期とＬＥＤの発光周期が①完全に一致している場合、信号機の撮影画像は１、ずーっと点灯、２、暗く点灯、３、全く映らないの３パターンになります。
② 撮影サイクルが２９．９４回／１秒、ＬＥＤの発光タイミングが１２０．００回の時は約１６．６秒周期で点滅します。
これでは数秒間は信号機が映らず、青信号で進入したのか判らず、記録の意味がなくなります。
電源周波数はほぼ６０Ｈｚですが、５９．８Ｈｚから６０．２Ｈｚまで変動する為、点滅間隔は以下の様に変動します。
赤信号は、撮影タイミングとLEDの発光タイミングが一致した時、入ってくる光が強すぎ、赤の撮像素子はオーバーフローし、緑の色フィルターで赤を阻止しきれずに緑の撮像素子の画像信号に緑色が混ざり、結果的に黄色く見えます。
信号機は明滅しており、人間の目には平均化されて、普通に赤く見えます。
緑と黄色で同様の事が起きても白っぽくなるだけです。
【どうすれば良いのか？】
日本の電源周波数が５０Ｈｚ，６０Ｈｚ。撮影サイクルがフィールド周波数５９．９４Ｈｚ（フレーム周波数２９．９７Ｈｚ）です。
両者の周波数が近いと明滅の間隔が長くなり、信号が消えている時間が長くなります。
逆に撮影サイクルが遠ければ良いので、５５Ｈｚ（２７．５Ｈｚ）にすれば、５０Ｈｚ地域でも６０Ｈｚ地域でも差が５Ｈｚ（６０Ｈｚ－５５Ｈｚ＝５Ｈｚ、５５Ｈｚ－５０Ｈｚ＝５Ｈｚ）になるので、１秒間に５回点滅するようになります。
これならば、交差点を通過する間、信号が消灯しきっている、という事が避けられます。
この為、業務用では２７Ｈｚか２７．５Ｈｚを採用しています。
【三相交流】
信号機の電源が三相交流を使っていた場合、常に電力が供給される為、信号は常時点灯しており、ドライブレコーダーの信号が消える現象は出ません。
しかし、交通信号機はＬＥＤ化して更に省エネになっていて、大電力を消費するモーターを使っている訳でもないので、わざわざ三相交流は使いません。
また、信号機は屋外に設置され、温度環境が厳しい為、コンデンサーを使って脈流を平滑化していないようです。（コンデンサーは熱に弱く壊れる)
【信号機を録画するには】
信号機を撮影する目的でドライブレコーダーを買う時は、撮影コマ数をチェックしてから買いましょう。
27.5Hzで撮影出来ないのであれば、西日本では25Hzで、東日本では30Hzで撮影すれば良いでしょう。
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