El umbral de fusión de parpadeo , o tasa de fusión de parpadeo , es un concepto en la psicofísica de la visión . Se define como la frecuencia a la que un estímulo de luz intermitente parece ser completamente estable para el observador humano promedio . El umbral de fusión de parpadeo está relacionado con la persistencia de la visión . Aunque el parpadeo se puede detectar para muchas formas de onda que representan fluctuaciones de intensidad variables en el tiempo, se estudia de manera convencional y más fácil en términos de modulación sinusoidal de intensidad. Hay siete parámetros que determinan la capacidad de detectar el parpadeo:
- la frecuencia de la modulación;
- la amplitud o profundidad de la modulación (es decir, cuál es el porcentaje máximo de disminución en la intensidad de iluminación desde su valor pico);
- la intensidad de iluminación promedio (o máxima; estos pueden ser interconvertidos si se conoce la profundidad de modulación);
- la longitud de onda (o rango de longitud de onda) de la iluminación (este parámetro y la intensidad de la iluminación se pueden combinar en un solo parámetro para humanos u otros animales para los que las sensibilidades de los bastones y conos se conocen como una función de la longitud de onda utilizando la función de flujo luminoso ) ;
- la posición en la retina en la que ocurre la estimulación (debido a la diferente distribución de los tipos de fotorreceptores en diferentes posiciones);
- el grado de adaptación a la luz u oscuridad, es decir, la duración e intensidad de la exposición previa a la luz de fondo, que afecta tanto a la intensidad de la sensibilidad como a la resolución temporal de la visión;
- factores fisiológicos como la edad y la fatiga. [1]
Explicación
Siempre que la frecuencia de modulación se mantenga por encima del umbral de fusión, la intensidad percibida se puede cambiar cambiando los períodos relativos de luz y oscuridad. Se pueden prolongar los períodos de oscuridad y así oscurecer la imagen; por lo tanto, el brillo efectivo y medio son iguales. Esto se conoce como la ley de Talbot-Plateau . [2] Como todos los umbrales psicofísicos , el umbral de fusión de parpadeo es una cantidad estadística más que absoluta. Existe un rango de frecuencias dentro de las cuales el parpadeo a veces se verá y otras veces no, y el umbral es la frecuencia a la que se detecta el parpadeo en el 50% de los ensayos.
Los diferentes puntos del sistema visual tienen sensibilidades de velocidad de fusión de parpadeo (CFF) críticas muy diferentes; la frecuencia de umbral general para la percepción no puede exceder la más lenta de estas para una amplitud de modulación dada. Cada tipo de celda integra señales de manera diferente. Por ejemplo, las células fotorreceptoras de bastón , que son exquisitamente sensibles y capaces de detectar un solo fotón, son muy lentas, con constantes de tiempo en mamíferos de aproximadamente 200 ms. Los conos , por el contrario, aunque tienen una sensibilidad de intensidad mucho menor, tienen una resolución de tiempo mucho mejor que los bastones. Tanto para la visión mediada por bastones como por conos, la frecuencia de fusión aumenta en función de la intensidad de la iluminación, hasta que alcanza una meseta correspondiente al tiempo de resolución máximo para cada tipo de visión. La frecuencia de fusión máxima para la visión mediada por bastones alcanza una meseta en aproximadamente 15 hercios (Hz), mientras que los conos alcanzan una meseta, observable solo a intensidades de iluminación muy altas, de aproximadamente 60 Hz. [3] [4]
Además de aumentar con la intensidad de iluminación promedio, la frecuencia de fusión también aumenta con el grado de modulación (la disminución relativa máxima en la intensidad de luz presentada); para cada frecuencia e iluminación media, existe un umbral de modulación característico, por debajo del cual no se puede detectar el parpadeo, y para cada profundidad de modulación e iluminación media, existe un umbral de frecuencia característico. Estos valores varían con la longitud de onda de la iluminación, debido a la dependencia de la longitud de onda de la sensibilidad del fotorreceptor, y varían con la posición de la iluminación dentro de la retina, debido a la concentración de conos en las regiones centrales, incluidas la fóvea y la mácula , y la dominancia. de bastones en las regiones periféricas de la retina.
Consideraciones tecnológicas
Velocidad de cuadro de la pantalla
La fusión de parpadeo es importante en todas las tecnologías para la presentación de imágenes en movimiento, casi todas las cuales dependen de la presentación de una rápida sucesión de imágenes estáticas (por ejemplo, los fotogramas de una película de cine, un programa de televisión o un archivo de vídeo digital ). Si la velocidad de fotogramas cae por debajo del umbral de fusión de parpadeo para las condiciones de visualización dadas, el observador verá parpadeo y los movimientos de los objetos en la película aparecerán entrecortados. A los efectos de presentar imágenes en movimiento, el umbral de fusión del parpadeo humano generalmente se toma entre 60 y 90 Hz, aunque en ciertos casos puede ser mayor en un orden de magnitud. [5] En la práctica, las películas se graban a 24 fotogramas por segundo y se muestran repitiendo cada fotograma dos o tres veces para un parpadeo de 48 o 72 Hz. La televisión de definición estándar funciona a 25 o 30 fotogramas por segundo, o algunas veces a 50 o 60 (medios) fotogramas por segundo mediante entrelazado . El video de alta definición se muestra a 24, 25, 30, 60 cuadros por segundo o más.
El umbral de fusión de parpadeo no evita la detección indirecta de una frecuencia de cuadro alta, como el efecto de matriz fantasma o el efecto de rueda de carro , ya que los efectos secundarios visibles para humanos de una frecuencia de cuadro finita todavía se veían en una pantalla experimental de 480 Hz. [6]
Mostrar frecuencia de actualización
Las pantallas de tubo de rayos catódicos (CRT) generalmente funcionan de forma predeterminada a una frecuencia de exploración vertical de 60 Hz, lo que a menudo provoca un parpadeo notable. Muchos sistemas permitieron aumentar la frecuencia a valores superiores como 72, 75 o 100 Hz para evitar este problema. La mayoría de las personas no detectan parpadeos por encima de 400 Hz. [7] [ cita irrelevante ] Otras tecnologías de visualización no parpadean notablemente, por lo que la velocidad de fotogramas es menos importante. Los paneles planos de pantalla de cristal líquido (LCD) no parecen parpadear en absoluto, ya que la luz de fondo de la pantalla funciona a una frecuencia muy alta de casi 200 Hz, y cada píxel se cambia en un escaneo en lugar de encenderse y apagarse brevemente como en las pantallas CRT. Sin embargo, la naturaleza de la iluminación de fondo utilizada puede inducir parpadeo: los diodos emisores de luz (LED) no se pueden atenuar fácilmente y, por lo tanto, usan modulación de ancho de pulso para crear la ilusión de atenuación, y la frecuencia utilizada puede percibirse como parpadeo por usuarios sensibles. [8] [9] [10]
Encendiendo
El parpadeo también es importante en el campo de la iluminación doméstica ( corriente alterna ), donde un parpadeo notable puede ser causado por cargas eléctricas variables y, por lo tanto, puede ser muy perturbador para los clientes de servicios eléctricos. La mayoría de los proveedores de electricidad tienen límites máximos de parpadeo que intentan cumplir para los clientes domésticos.
Las lámparas fluorescentes que utilizan balastos magnéticos convencionales parpadean al doble de la frecuencia de suministro. Los balastos electrónicos no producen parpadeo de luz ya que la persistencia del fósforo es más de medio ciclo de la frecuencia de operación más alta de 20 kHz. El parpadeo de 100-120 Hz producido por los balastos magnéticos se asocia con dolores de cabeza y fatiga visual. [11] Las personas con un umbral de fusión de parpadeo crítico alto se ven particularmente afectadas por la luz de los dispositivos fluorescentes que tienen balastos magnéticos: sus ondas alfa del EEG están marcadamente atenuadas y realizan tareas de oficina con mayor velocidad y menor precisión. Los problemas no se observan con balastos electrónicos. [12] La gente común tiene un mejor rendimiento de lectura utilizando balastos electrónicos de alta frecuencia (20-60 kHz) que los magnéticos, [13] aunque el efecto fue pequeño excepto con una alta relación de contraste.
El parpadeo de las lámparas fluorescentes, incluso con balastos magnéticos, es tan rápido que es poco probable que represente un peligro para las personas con epilepsia . [14] Los primeros estudios sospecharon una relación entre el parpadeo de lámparas fluorescentes con balastos magnéticos y el movimiento repetitivo en niños autistas . [15] Sin embargo, estos estudios tuvieron problemas de interpretación [16] y no se han replicado.
Las lámparas LED generalmente no se benefician de la atenuación del parpadeo a través de la persistencia del fósforo, siendo la notable excepción los LED blancos. Los seres humanos pueden percibir parpadeos a frecuencias tan altas como 2000 Hz (2 kHz) durante los movimientos sacádicos [17] y se han recomendado frecuencias superiores a los 3000 Hz (3 kHz) para evitar efectos biológicos humanos. [18]
Fenómenos visuales
En algunos casos, es posible ver parpadeos a velocidades superiores a 2000 Hz (2 kHz) en el caso de movimientos oculares de alta velocidad (movimientos sacádicos ) o movimiento de objetos, a través del efecto de "matriz fantasma". [19] [20] Los objetos parpadeantes que se mueven rápidamente y se acercan a la vista (ya sea por el movimiento del objeto o por el movimiento de los ojos, como los ojos en blanco) pueden causar un desenfoque punteado o multicolor en lugar de un desenfoque continuo, como si fueran varios objetos. [21] A veces se utilizan estroboscopios para inducir este efecto de forma intencionada. Algunos efectos especiales, como ciertos tipos de barras luminosas electrónicas que se ven comúnmente en eventos al aire libre, tienen la apariencia de un color sólido cuando están inmóviles, pero producen un desenfoque multicolor o punteado cuando se agitan en movimiento. Por lo general, se trata de barras luminosas basadas en LED. La variación del ciclo de trabajo en el (los) LED (s) da como resultado el uso de menos energía mientras que las propiedades de fusión de parpadeo tienen el efecto directo de variar el brillo. [ cita requerida ] Cuando se mueve, si la frecuencia del ciclo de trabajo de los LED activados está por debajo del umbral de fusión de parpadeo, las diferencias de tiempo entre el estado de encendido / apagado de los LED se vuelven evidentes y aparecen los colores como puntos uniformemente espaciados en la visión periférica.
Un fenómeno relacionado es el efecto arco iris DLP , donde se muestran diferentes colores en diferentes lugares de la pantalla para el mismo objeto debido al movimiento rápido.
Parpadeo
El parpadeo es la percepción de fluctuaciones visuales en intensidad e inestabilidad en presencia de un estímulo de luz, que es visto por un observador estático dentro de un entorno estático. El parpadeo que es visible para el ojo humano funcionará a una frecuencia de hasta 80 Hz. [22]
Efecto estroboscópico
El efecto estroboscópico se utiliza a veces para "detener el movimiento" o para estudiar pequeñas diferencias en los movimientos repetitivos. El efecto estroboscópico se refiere al fenómeno que ocurre cuando hay un cambio en la percepción del movimiento, causado por un estímulo de luz que es visto por un observador estático dentro de un entorno dinámico. El efecto estroboscópico ocurrirá típicamente dentro de un rango de frecuencia entre 80 y 2000 Hz, [23] aunque puede ir mucho más allá de los 10,000 Hz para un porcentaje de la población. [24]
Matriz fantasma
La matriz fantasma, también conocida como efecto fantasma, ocurre cuando hay un cambio en la percepción de las formas y posiciones espaciales de los objetos. El fenómeno es causado por un estímulo de luz en combinación con movimientos oculares rápidos (movimientos sacádicos) de un observador en un entorno estático. Similar al efecto estroboscópico, el efecto fantasma también ocurrirá en rangos de frecuencia similares. La flecha del ratón es un ejemplo común [25] del efecto de matriz fantasma.
Especies no humanas
El umbral de fusión de parpadeo también varía entre especies . Se ha demostrado que las palomas tienen un umbral más alto que los humanos (100 Hz frente a 75 Hz), y lo mismo probablemente sea cierto para todas las aves, particularmente las aves de presa . [26] Muchos mamíferos tienen una mayor proporción de bastones en la retina que los humanos, y es probable que también tengan umbrales de fusión de parpadeo más altos. Esto se ha confirmado en perros. [27]
La investigación también muestra que el tamaño y la tasa metabólica son dos factores que entran en juego: los animales pequeños con una tasa metabólica alta tienden a tener altos umbrales de fusión de parpadeo. [28] [29]
Ver también
- Sistema de evaluación computarizado CDR
- Persistencia de la visión
- Interpolación
Referencias
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enlaces externos
- Medidor de parpadeo IEC (PDF)
- The Flicker Fusion Factor Por qué no podemos conducir de forma segura a alta velocidad
- Sección de Webvision.med.utah.edu sobre la psicofísica del tiempo en la visión
( Copias de Wayback Machine )