動画の撮影時刻を知る(2)

さて「動画の撮影時刻を知る (1)」をもとに実際の動画で撮影時刻を調べてみることにします。

一つのフレームに注目したとき1/30秒の露出であれば時系列的には次のように進みます。

1. フレーム上辺の露光開始
2. フレーム下辺の露光開始
3. フレーム上辺の露光終了
4. フレーム下辺の露光終了

ある程度のパルス幅（0.100秒）の強い光をセンサー全面にあてたとき、発光開始が3.より前であればセンサー全面が露光します。また4.より後であれば露光する部分がありません。発光開始が3.と4.の間にあるときに限りセンサーの一部（下方）だけ露光します。そして露光した部分を調べることによって露光開始＝発光開始の3.からの経過時間を求めることができます。

もし発光開始の時刻が正確にわかっていれば3.の時刻を正確に求めることができることになります。

同様に1.と2.の間に発光終了があればセンサーの一部（上方）だけ露光します。動画のフレームレート（29.99fps）を考えると0.100秒幅の発光はタイミングが合えば開始と終了がそれぞれ上記の条件にあうことがあります。

まず動画の中から下方の一部だけ露光しているフレームを見つけます。

サンプルの動画では496フレームがこれに該当しました。

・フレーム最上辺露光終了後、最下辺露光終了前にLEDの発光が始まっているためLEDの光は途中から最下辺にかけて写っています。

・LEDの光が映り始めたのは上から282ピクセルの位置です。

・LEDの発光開始は02h14m08.000sJSTです。

このフレームの縦のピクセル数が480でしたので496フレームの最上辺の露出開始時刻

　　02h14m08.000sJST - 4.1ms * 282/480 -33.3ms = 2h14m07.964s

ということになります。

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このあと497フレーム～499フレームの三つのフレームは全画面露光していました。

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そして500フレームはこのように上方が部分的に露光していました。

・フレーム最上辺露光開始後、最下辺露光終了前にLEDの発光が終わっているためLEDの光は最上辺から途中にかけて写っています。

・LEDの光が映り終わったのは上から229ピクセルの位置です。

・LEDの発光終了は02h14m08.100sJSTです。

500フレームの最上辺の露出開始時刻は
　　02h14m08.100sJST + 4.1ms * 229/480         = 2h14m08.098s

となります。

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500フレームの最上辺の露出開始時刻から496フレームの最上辺の露出開始時刻を引いたものは0.134sとなります。

一方フレームレートから算出した496～500フレームの露出開始時刻の差は

　　1/29.97*(500-406) = 0.133s　<== この式は惑 さんのご指摘のとおり間違っています。
　　1/29.97*(500-496) = 0.133s

となり矛盾はありません。

このことから上記の方法で算出した各フレームの露出開始時刻は適正なものであると判断できます。

原理的にはこれで終わりです。ただ実際には発光の光量が少ないようなケースでは露光開始の位置は下に、露光終了の位置は上に移動したように見えるためその点に配慮して計算を行う必要があります。

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上記の例ではセンサーの走査時間を4.1msとしていますが、実際にPENTAX Q7で走査時間を測ったところ26.7msでした（この時間は動画のサイズに無関係です）

したがって上記の計算ではフレーム露光開始時刻については正しい結果が得られていないのですが発光の開始・終了のピクセル位置が比較的近いため相対的な時間関係についてはそれらしい結果が得られており走査時間が違っていることに気づきませんでした。

実際に上の計算を行うときはセンサーの走査時間を調べておきます。
　　「デジカメのセンサーの走査時間を調べる方法」

（2014.04.15,2014.05.23 追記）

関連
　　「星食観測でのGPS・1PPS信号の利用法 (1)」
　　　　 （デジカメの動画の仕組みを具体的に考えてみました）
　　「デジカメのセンサー走査時間を測る方法」 （簡単なセンサー走査時間の測り方）
　　「動画の撮影時刻を知る(1)」　（詳しく書きすぎてわかりにくいかも）
　　「動画の撮影時刻を知る(2)」　（詳しく書きすぎてわかりにくいかも）
　　「NY NEX-5Nの1/15秒露出の動画を調べてみた」
　　　　　（29.97fpsなのに1/15秒露出ができるという不思議なカメラのこと）
　　「デジカメの特性を比較する」
　
　　　　（三つのカメラのセンサー走査時間と露出時間を測ってみました）
　　「**重要** 星食観測用1PPS発光器取扱説明書 - 4」
　　　　（毎秒0.1秒発光するLEDを使った走査時間の実戦的測り方）
　　「**重要** 星食観測用1PPS発光器取扱説明書 - 5」
　　　　（毎秒0.1秒発光するLEDを使った露出時間の実戦的測り方）
　　「星食観測用1PPS発光器取扱説明書 - 6」
　　　　（動画の中で起きたイベント＝星食の正確な時刻の実戦的割り出し方）
　　「星食観測用1PPS発光器取扱説明書 - 1」
　　　　（測定に使った1PPS発光器について）
　　「星食観測用1PPS発光器取扱説明書 - 2」
　　　　（測定に使った1PPS発光器について）