Umbral de fusión de parpadeo

El umbral de fusión de parpadeo, frecuencia crítica de parpadeo (CFF) o tasa de fusión de parpadeo, es un concepto de la psicofísica de la visión. Se define como la frecuencia a la que un estímulo luminoso intermitente parece completamente estable para el observador humano promedio. Un término tradicional para la fusión de parpadeos es "persistencia de la visión", pero también se ha utilizado para describir imágenes residuales positivas o desenfoque de movimiento. Aunque el parpadeo se puede detectar para muchas formas de onda que representan fluctuaciones de intensidad variables en el tiempo, se estudia convencionalmente, y más fácilmente, en términos de modulación sinusoidal de intensidad.

Hay siete parámetros que determinan la capacidad de detectar el parpadeo:

1. la frecuencia de la modulación;
2. la amplitud o profundidad de la modulación (es decir, cuál es la disminución máxima del porcentaje de la intensidad de iluminación de su valor máximo);
3. la intensidad de iluminación media (o máxima) se puede interconvertir si se conoce la profundidad de la modulación;
4. la longitud de onda (o rango de longitud de onda) de la iluminación (este parámetro y la intensidad de iluminación se pueden combinar en un solo parámetro para humanos u otros animales para los cuales las sensibilidades de varillas y conos se conocen como una función de longitud de onda utilizando la función de flujo luminoso);
5. la posición sobre la retina en la que se produce la estimulación (debido a la distribución diferente de tipos de fotoreceptores en diferentes posiciones);
6. el grado de luz o adaptación oscura, es decir, la duración e intensidad de la exposición anterior a la luz de fondo, que afecta tanto la sensibilidad de intensidad como la resolución del tiempo de visión;
7. factores fisiológicos como la edad y la fatiga.

Explicación

Mientras 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 el promedio son iguales. Esto se conoce como ley de Talbot-Plateau. Como todos los umbrales psicofísicos, el umbral de fusión de parpadeo es una cantidad estadística más que absoluta. Hay un rango de frecuencias dentro de las cuales algunas veces se verá parpadeo y otras no, y el umbral es la frecuencia en la que se detecta parpadeo en el 50% de las pruebas.

Diferentes puntos en el sistema visual tienen sensibilidades de tasa crítica de fusión de parpadeo (CFF) muy diferentes; la frecuencia umbral general para la percepción no puede exceder la más lenta de ellas para una amplitud de modulación determinada. Cada tipo de célula integra las señales de forma diferente. Por ejemplo, las células fotorreceptoras de bastón, que son exquisitamente sensibles y capaces de detectar fotones únicos, son muy lentas, con constantes de tiempo en mamíferos de unos 200 ms. Los conos, por el contrario, aunque tienen una sensibilidad de intensidad mucho menor, tienen una resolución temporal 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 a la resolución temporal máxima para cada tipo de visión. La frecuencia de fusión máxima para la visión mediada por bastones alcanza una meseta de aproximadamente 15 hercios (Hz), mientras que los conos alcanzan una meseta, observable sólo con intensidades de iluminación muy altas, de aproximadamente 60 Hz.

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 la luz presentada); para cada frecuencia e iluminación promedio, hay un umbral de modulación característico, por debajo del cual no se puede detectar el parpadeo, y para cada profundidad de modulación e iluminación promedio, hay 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 de los fotorreceptores, 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 cuadros de visualización

La fusión de parpadeo es importante en todas las tecnologías para presentar imágenes en movimiento, y casi todas 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 cuadros cae por debajo del umbral de fusión de parpadeo para las condiciones de visualización dadas, el parpadeo será evidente para el observador 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 se suele tomar entre 60 y 90 Hz, aunque en determinados casos puede ser superior en un orden de magnitud. En la práctica, las películas se graban a 24 fotogramas por segundo y se muestran repitiendo cada fotograma dos o tres veces con un parpadeo de 48 o 72 Hz. La televisión de definición estándar funciona a 25 o 30 fotogramas por segundo, o a veces a 50 o 60 (medio) fotogramas por segundo mediante entrelazado. El vídeo de alta definición se muestra a 24, 25, 30, 60 fotogramas por segundo o más.

El umbral de fusión de parpadeo no impide la detección indirecta de una velocidad de fotogramas alta, como el efecto de matriz fantasma o el efecto de rueda de carro, ya que los efectos secundarios visibles por humanos de una velocidad de fotogramas finita todavía se observaban en una pantalla experimental de 480 Hz..

Frecuencia de actualización de la pantalla

Las pantallas de tubo de rayos catódicos (CRT) normalmente funcionan de forma predeterminada con una frecuencia de escaneo vertical de 60 Hz, lo que a menudo provoca un parpadeo notable. Muchos sistemas permitían aumentar la frecuencia a valores más altos como 72, 75 o 100 Hz para evitar este problema. La mayoría de las personas no detectan parpadeos por encima de 400 Hz. Otras tecnologías de visualización no parpadean notablemente, por lo que la velocidad de fotogramas es menos importante. Los paneles planos con 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 cambia en un escaneo en lugar de que encenderse y apagarse brevemente como en las pantallas CRT. Sin embargo, la naturaleza de la retroiluminación utilizada puede inducir parpadeo: los diodos emisores de luz (LED) no se pueden atenuar fácilmente y, por lo tanto, utilizan modulación de ancho de pulso para crear la ilusión de atenuación, y la frecuencia utilizada puede percibirse como un parpadeo. usuarios sensibles.

Iluminación

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 resultar muy molesto 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 balastros magnéticos convencionales parpadean al doble de la frecuencia de suministro. Los balastros electrónicos no producen parpadeos de luz ya que la persistencia del fósforo es mayor que medio ciclo de la frecuencia de operación más alta de 20 kHz. El parpadeo de 100 a 120 Hz producido por los balastros magnéticos se asocia con dolores de cabeza y fatiga visual. Las personas con un alto umbral crítico de fusión de parpadeo se ven particularmente afectadas por la luz de los dispositivos fluorescentes que tienen balastos magnéticos: sus ondas alfa de EEG están marcadamente atenuadas y realizan tareas de oficina con mayor velocidad y menor precisión. Los problemas no se observan con balastos electrónicos. La gente común tiene un mejor rendimiento de lectura usando balastros electrónicos de alta frecuencia (20-60 kHz) que con balastros magnéticos, aunque el efecto fue pequeño, excepto en una relación de contraste alta.

El parpadeo de las lámparas fluorescentes, incluso con balastros magnéticos, es tan rápido que es poco probable que represente un peligro para las personas con epilepsia. Los primeros estudios sospechaban una relación entre el parpadeo de las lámparas fluorescentes con balastos magnéticos y el movimiento repetitivo en niños autistas. Sin embargo, estos estudios tuvieron problemas de interpretación y no han sido replicados.

Las lámparas LED generalmente no se benefician de la atenuación del parpadeo mediante la persistencia del fósforo, siendo la notable excepción las LED blancas. Los humanos pueden percibir parpadeos a frecuencias tan altas como 2000 Hz (2 kHz) durante las sacudidas, y se han recomendado frecuencias superiores a 3000 Hz (3 kHz) para evitar efectos biológicos humanos.

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 (sacádicas) o movimiento de objetos, a través de la "matriz fantasma" efecto. 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. 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 mueven en movimiento. Por lo general, se trata de barras luminosas basadas en LED. La variación del ciclo de trabajo sobre los LED da como resultado el uso de menos energía, mientras que las propiedades de la fusión del parpadeo tienen el efecto directo de variar el brillo. 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 sincronización entre el estado de encendido/apagado de los LED se vuelven evidentes y los colores aparecen como puntos espaciados uniformemente. en la visión periférica.

Un fenómeno relacionado es el efecto arcoíris, en el que 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 luminoso, que es visto por un observador estático dentro de un entorno estático. El parpadeo visible para el ojo humano funcionará a una frecuencia de hasta 80 Hz.

Efecto estroboscópico

El efecto estroboscópico se utiliza a veces para "detener el movimiento" o para estudiar pequeñas diferencias en movimientos repetitivos. El efecto estroboscópico se refiere al fenómeno que ocurre cuando hay un cambio en la percepción del movimiento, provocado por un estímulo luminoso que es visto por un observador estático dentro de un entorno dinámico. El efecto estroboscópico normalmente ocurrirá dentro de un rango de frecuencia entre 80 y 2000 Hz, aunque puede ir mucho más allá de los 10 000 Hz para un porcentaje de la población.

Matriz fantasma

La matriz fantasma, también conocida como efecto fantasma, ocurre cuando hay un cambio en la percepción de las formas y las posiciones espaciales de los objetos. El fenómeno es causado por un estímulo luminoso en combinación con movimientos oculares rápidos (sacádicas) de un observador en un entorno estático. De forma similar al efecto estroboscópico, el efecto fantasma también se producirá en rangos de frecuencia similares. La flecha del mouse es un ejemplo común del efecto de matriz fantasma.

Especies no humanas

El umbral de fusión parpadeante 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 probablemente lo mismo sea cierto para todas las aves, especialmente las aves rapaces. 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.

Las investigaciones también muestran 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 umbrales de fusión de parpadeo altos.