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Warum LED-Lampen in der Kamera flackern
Wenn LED-Lampen in der Kamera flackern, obwohl der Raum mit bloßem Auge gleichmäßig beleuchtet wirkt, scheint zunächst das Smartphone den Fehler zu machen. Im Sucher laufen dunkle Streifen durch das Bild, eine gedimmte Tischleuchte pulsiert plötzlich, oder die Aufnahme eines Monitors bekommt ein Eigenleben, das vor dem Drücken der Aufnahmetaste nirgends zu sehen war. Doch die Kamera erfindet dieses Flackern nicht. Sie zerlegt lediglich in einzelne Zeitabschnitte, was unser Blick als zusammenhängendes Licht wahrnimmt – und verrät damit, dass „eingeschaltet“ bei moderner Beleuchtung kein so dauerhafter Zustand sein muss, wie das Wort vermuten lässt.
Eine LED wird von einer Elektronik versorgt, die den ankommenden Strom in eine für die Leuchtdiode passende Form bringt. Je nach Konstruktion verändert sich die Lichtleistung dabei über die Zeit. Manche Treiber glätten diese Schwankungen weitgehend, andere lassen eine deutlichere Modulation entstehen; beim Dimmen wird die Helligkeit zudem häufig geregelt, indem die LED sehr schnell ein- und ausgeschaltet wird und sich vor allem das Verhältnis von heller zu dunkler Phase ändert. Das US-Energieministerium beschreibt solche zeitlichen Schwankungen als „temporal light modulation“ und zeigt zugleich, wie unterschiedlich die Verläufe verschiedener LED-Systeme ausfallen können. Nicht jede LED-Lampe flackert also in gleichem Maß, und eine sichtbare Kameraspur ist noch kein vollständiges Qualitätsurteil über eine Leuchte. Sie ist zunächst der Beleg dafür, dass Licht und Aufnahme nicht im selben Takt arbeiten.
Warum LED-Lampen in der Kamera flackern
Das Auge ist keine Videokamera, die eine feste Zahl sauber abgegrenzter Bilder pro Sekunde abspeichert. Wahrnehmung verarbeitet Licht kontinuierlich, und ob eine Schwankung auffällt, hängt unter anderem von Frequenz, Stärke, Bewegung, Blickrichtung und der jeweiligen Person ab. Eine ruhende Szene kann deshalb stabil wirken, obwohl die Lichtleistung messbar steigt und fällt. Bei Bewegung können solche Schwankungen dennoch als Flimmern, unterbrochene Spur oder stroboskopischer Effekt sichtbar werden. Die einfache Erklärung, das Auge sei dafür grundsätzlich „zu langsam“, greift also zu kurz; treffender ist, dass Auge und Kamera zeitliche Veränderungen auf sehr unterschiedliche Weise erfassen.
Die Kamera sammelt Licht nur während bestimmter Belichtungszeiten. Trifft dieses Zeitfenster überwiegend eine helle Phase, wirkt der entsprechende Bildbereich heller; fällt es ungünstig in eine schwächere Phase, wird er dunkler. Hinzu kommt bei vielen CMOS-Sensoren der Rolling Shutter. Dabei werden die Pixelzeilen nicht alle exakt gleichzeitig belichtet, sondern nacheinander mit einem kleinen zeitlichen Versatz. Die technische Dokumentation von Baslerbeschreibt dieses Verfahren als zeilenweise Belichtung: Während die oberen Reihen bereits ihren Moment erfassen, folgen die unteren erst kurz danach.
Bei einem unbewegten Motiv fällt dieser Versatz meist nicht auf. Ändert sich die Helligkeit jedoch während des Auslesens, sehen verschiedene Zeilen desselben Bildes gewissermaßen unterschiedliche Zustände der Lampe. Aus einer zeitlichen Schwankung werden dadurch räumliche Streifen. Wandert das Verhältnis zwischen Lampentakt, Belichtungszeit und Bildrate von Aufnahme zu Aufnahme weiter, beginnen diese Streifen im Video zu laufen. Die Kamera zeigt dann nicht einfach, wie der Raum in einem einzigen Augenblick aussah, denn einen gemeinsamen Augenblick für alle Zeilen gab es technisch gar nicht.
Wenn zwei Takte aneinander vorbeilaufen
Dass dieses Problem alltäglich genug ist, um bereits tief in der Kamerasoftware berücksichtigt zu werden, zeigt die Android-Dokumentation zu Anti-Banding. Sie sieht für die automatische Belichtung eigene Modi vor, die sich an 50 oder 60 Hertz orientieren oder die passende Einstellung automatisch ermitteln. Wählt die Kamera eine ungünstige Belichtungszeit, können laut Google Helligkeitsbänder schon im Sucher oder später in der fertigen Aufnahme erscheinen. Die Software versucht deshalb, ein Zeitfenster zu finden, das besser zum Rhythmus der Lichtquelle passt.
Vollständig lösen kann sie die Aufgabe nicht immer. Eine Leuchte kann eine komplexere Taktung besitzen, ein Dimmer das Muster verändern, ein Display mit eigener Bildwiederholrate hinzukommen und eine Kamera-App durch manuelle Einstellungen die automatische Korrektur außer Kraft setzen. Auch höhere Bildraten verlangen kürzere Zeitfenster und machen Unterschiede sichtbar, die eine längere Belichtung eher mitteln würde. Darum kann dieselbe Lampe in einer Aufnahme ruhig aussehen, bei einer anderen Bildrate plötzlich flackern und nach dem Dimmen dunkle Balken erzeugen, obwohl weder Smartphone noch Leuchte zwischenzeitlich kaputtgegangen sind.
Das Flackern ist damit weniger ein einzelner Defekt als eine missglückte Verabredung. Die Lampe entscheidet, wann sie wie viel Licht abgibt; die Kamera entscheidet, wann und wie lange sie hinsieht; der Sensor verteilt dieses Hinsehen womöglich auch noch zeilenweise über einen kurzen Zeitraum. Erst im Zusammenspiel entsteht das sichtbare Muster. Dass Licht und Belichtung für eine Aufnahme wichtiger sind als die bloße Zahl der Kamerapixel, zeigt auch der GadgetChecks-Ratgeber zu besseren iPhone-Fotos. Bei den wandernden LED-Streifen wird diese Grundregel nur ungewöhnlich deutlich: Die Kamera zeichnet nicht einfach einen Gegenstand auf, sondern immer auch den zeitlichen Verlauf des Lichts, das von ihm zu ihr gelangt.
Vielleicht sind die Streifen deshalb keine Panne, sondern eine unbeabsichtigte Messanzeige. Für einen Moment macht das Smartphone sichtbar, dass ein scheinbar ruhiger Raum aus mehreren schnellen Abläufen besteht, die unser Alltag gewöhnlich glattzieht. Die Lampe leuchtet, die Kamera zählt, das Auge verbindet – und der letzte Tab schließt heute genau zwischen zwei Lichtimpulsen.
Quellen und Transparenz
Der Beitrag stützt sich auf den technischen Überblick des US-Energieministeriums, die Android-Kameradokumentationund Baslers Erläuterung elektronischer Verschlussverfahren. Der verlinkte GadgetChecks-Ratgeber dient als weiterführender interner Beitrag zur Bedeutung von Licht und Kameraeinstellungen. Für diesen Artikel wurden keine Lampen, Dimmer oder Smartphones messtechnisch untersucht; Ausprägung und Sichtbarkeit des Effekts hängen von Leuchte, Treiber, Dimmung, Kamera, Einstellungen und Aufnahmesituation ab.
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