フリッカー融合しきい値

フリッカー融合しきい値 、またはフリッカー融合率は、視覚の心理物理学の概念です。これは、平均的な人間の観察者にとって断続的な光刺激が完全に安定しているように見える頻度として定義されます。ちらつきの融合しきい値は、視力の持続に関連しています。フリッカーは、強度の時間変動変動を表す多くの波形で検出できますが、従来、最も簡単に、強度の正弦波変調の観点から研究されています。フリッカーを検出する能力を決定する7つのパラメーターがあります。

変調の周波数。
変調の振幅または深さ（つまり、ピーク値からの照明強度の最大減少パーセント）。
平均（または最大-変調度がわかっている場合、これらは相互変換可能）照明強度。
照明の波長（または波長範囲）（このパラメーターと照明強度は、光束関数を使用してロッドとコーンの感度が波長の関数として知られている人間または他の動物の単一のパラメーターに組み合わせることができます） ;
刺激が発生する網膜上の位置（異なる位置での光受容体タイプの異なる分布のため）;
明順応または暗順応の度合い、つまり、背景光への以前の露出の持続時間と強度。これは、視覚の強度感度と時間分解能の両方に影響します。
年齢や疲労などの生理学的要因。

説明

変調周波数が融合しきい値を超えている限り、知覚される強度は、明暗の相対的な周期を変更することで変更できます。暗い期間を延長して、画像を暗くすることができます。したがって、有効輝度と平均輝度は等しくなります。これはタルボット・プラトーの法則として知られています。すべての心理物理的しきい値と同様に、フリッカー融合しきい値は絶対量ではなく統計量です。ちらつきが見られる場合と見られない場合がある周波数の範囲があり、しきい値は試行の50％でちらつきが検出される頻度です。

視覚システムのさまざまなポイントには、非常に異なる臨界フリッカー融合率（CFF）感度があります。知覚の全体的なしきい値周波数は、特定の変調振幅に対してこれらの最も遅い周波数を超えることはできません。各細胞タイプは信号を別々に統合します。例えば、rod体光受容体細胞は非常に感度が高く、単一光子検出が可能であり、哺乳類では約200 msの時定数で非常に遅くなります。対照的に、コーンの強度感度ははるかに低くなりますが、ロッドよりも時間分解能がはるかに優れています。 rod体と錐体を介した視覚の両方で、融合頻度は、各タイプの視覚の最大時間分解能に対応するプラトーに達するまで、照明強度の関数として増加します。 rod体媒介視力の最大融合周波数は約15 Hzでプラトーに達しますが、コーンは約60 Hzの非常に高い照明強度でのみ観察可能なプラトーに達します。

平均照明強度とともに増加することに加えて、融合周波数は変調の程度（提示される光強度の最大相対減少）とともに増加します。各周波数および平均照明には、それ以下ではフリッカーを検出できない特徴的な変調しきい値があり、各変調深度および平均照明には、特徴的な周波数しきい値があります。これらの値は、光受容体の感度の波長依存性のために、照明の波長によって異なり、中心窩および黄斑を含む中心領域の錐体の濃度、および優位性のために、網膜内の照明の位置によって異なります網膜の周辺領域のrod体の。

フリッカー融合しきい値は、変調の量に比例します。明るさが一定の場合、短いフリッカーは長いフリッカーよりもはるかに低いしきい値周波数を示します。しきい値は、明るさ（明るい光源ほど高くなります）および知覚される画像が落ちる網膜上の位置によっても変化します。人間の目のrod体細胞は錐体細胞よりも応答時間が速いため、ちらつきを感知できます中心窩視覚よりも高い周波数での周辺視野で。これは基本的にフェリー-ポーターの法則として知られている概念であり、10の累乗により、融合を達成するために60回ものフラッシュを必要とするのにある程度の輝度の増加が必要な場合があります。前者の場合、各フラッシュは簡単に切断され、後者の場合、1/4秒後でも十分に長く持続するため、単にフラッシュを延長するだけで、強度を増すことはありません。実用的な観点から、刺激がコンピューターモニターのようにちらついている場合、強度レベルを下げるとちらつきがなくなります。疲労した観察者の場合、フリッカー融合しきい値も低くなります。臨界融合頻度の減少は、中心疲労の指標としてしばしば使用されてきました。

技術的考慮事項

表示フレームレート

フリッカーフュージョンは、動画を表示するためのすべての技術で重要であり、そのほとんどは、静止画像の連続した表示（映画フィルム、テレビ番組、デジタルビデオファイルのフレームなど）に依存しています。フレームレートが特定の表示条件でフリッカーフュージョンのしきい値を下回ると、観察者にはフリッカーが明らかになり、フィルム上のオブジェクトの動きがぎくしゃくします。動画像を提示するために、人間のフリッカー融合しきい値は通常60〜90ヘルツ（Hz）の間で取得されますが、場合によっては1桁高くなる場合があります。実際には、ムービーは24フレーム/秒で記録され、48または72 Hzのちらつきのために各フレームを2、3回繰り返すことで表示されます。標準解像度のテレビは、インターレースによって毎秒25または30フレームで動作し、時には毎秒50または60（ハーフ）フレームで動作します。高解像度ビデオは、24、25、30、60フレーム/秒以上で表示されます。

フリッカーフュージョンスレッショルドは、ファントムアレイ効果やワゴンホイール効果などの高フレームレートの間接的な検出を防止しません。これは、実験的な480Hzディスプレイで人間の目に見える副作用が見られるためです。

表示更新レート

CRTディスプレイは通常、デフォルトで60 Hzの垂直スキャンレートで動作し、多くの場合、顕著なフリッカーが生じます。多くのシステムでは、この問題を回避するために、レートを72、75、100 Hzなどのより高い値に上げることができました。ほとんどの人は400 Hzを超えるフリッカーを検出しません。他のディスプレイ技術では目立ったちらつきがないため、フレームレートはそれほど重要ではありません。画面のバックライトは、約200ヘルツの非常に高い周波数で動作し、各画素は簡単にした後、CRTディスプレイのようにオン・オフではなく、スキャンに変更されるように、LCDフラットパネルは、まったく点滅していないようです 。ただし、使用されるバックライトの性質はちらつきを引き起こす可能性があります。LEDは簡単に調光できないため、パルス幅変調を使用して調光の錯覚を作成し、使用する周波数を敏感なユーザーがちらつきとして認識できます。

点灯

ちらつきは家庭用（交流）照明の分野でも重要です。そこでは、目立ったちらつきは、電気負荷の変化によって引き起こされる可能性があり、したがって、電気事業者の顧客にとって非常に邪魔になります。ほとんどの電力会社には、国内の顧客のために満たそうとする最大フリッカー制限があります。

従来の磁気バラストを使用した蛍光灯は、供給周波数の2倍で点滅します。蛍光体の持続性は、20 kHzの高い動作周波数の半サイクルよりも長いため、電子バラストはちらつきを生じません。磁気バラストによって生成される100〜120 Hzのちらつきは、頭痛と眼精疲労に関連しています。重大なちらつきの融合しきい値が高い人は、特に磁気バラストを備えた蛍光灯からの光の影響を受けます。EEGアルファ波は著しく減衰し、オフィスタスクをより高速に実行し、精度を低下させます。電子安定器では問題は見られません。普通の人は、高周波数（20〜60 kHz）の電子安定器を使用すると、磁気安定器よりも優れた読み取り性能を発揮しますが、コントラスト比が高い場合を除き、効果は小さくなりました。

蛍光灯のちらつきは、磁気バラストであっても非常に急速であるため、てんかんのある人に危険を与える可能性は低いです。初期の研究では、蛍光灯のちらつきと磁気バラストと自閉症児の反復運動との関係が疑われていました。ただし、これらの研究には解釈上の問題があり、再現されていません。

LEDランプは一般に、蛍光体の持続性によるフリッカー減衰の恩恵を受けませんが、注目すべき例外は白色LEDです。サッカード中に、2000 Hz（2 kHz）の周波数でフリッカーが知覚される可能性があり、人間の生物学的影響を避けるために3 kHzを超える周波数が推奨されています。

視覚現象

場合によっては、高速眼球運動（サッカード）またはオブジェクトの動きの場合、「ファントムアレイ」効果により、2000 Hz（2 kHz）を超えるレートでフリッカーを見ることができます。（オブジェクトの動き、または転がる目などの目の動きによって）ビュー全体でズームする高速で点滅するオブジェクトは、複数のオブジェクトであるかのように、連続的なぼかしではなく、点線または多色のぼかしを引き起こす可能性があります。意図的にこの効果。屋外イベントで一般的に見られる特定の種類の電子グロースティックなどの特殊効果は、動きがないときは無地のように見えますが、動き回っているときは多色または点線のぼかしを生成します。これらは通常、LEDベースのグロースティックです。 LEDのデューティサイクルの変動により、フリッカーフュージョンの特性が明るさを変える直接的な効果を持つため、使用電力が少なくなります。移動したときに、駆動されるLEDのデューティサイクルの周波数がフリッカー融合しきい値を下回る場合、LEDのオン/オフ状態間のタイミングの違いが明らかになり、色は等間隔の点として表示されます周辺視野で。

関連する現象はDLPレインボー効果です。この現象では、動きが速いため、同じオブジェクトに対して画面上の異なる場所に異なる色が表示されます。

フリッカー

ちらつきは、光刺激の存在下での強度および不安定性の視覚的変動の知覚であり、静的環境内の静的観察者によって見られます。人間の目に見えるフリッカーは、最大80 Hzの周波数で動作します。

ストロボ効果

ストロボ効果は、「動きを止める」ために、または反復運動の小さな違いを研究するために時々使用されます。ストロボ効果とは、動的な環境内で静的な観察者が見る光刺激によって引き起こされる、運動の知覚に変化があるときに発生する現象を指します。ストロボ効果は通常、80〜2000 Hzの周波数範囲内で発生しますが、人口の一部では10,000 Hzをはるかに超えることがあります。

ファントム配列

ゴースト効果としても知られるファントムアレイは、オブジェクトの形状と空間的位置の知覚に変化があるときに発生します。この現象は、静的環境での観察者の急速な眼球運動（サッカード）と組み合わせた光刺激によって引き起こされます。ストロボ効果と同様に、ファントム効果も同様の周波数範囲で発生します。マウスの矢印は、ファントム配列効果の一般的な例です。

非ヒト種

フリッカー融合のしきい値も種によって異なります。ハトは人間よりも高いしきい値を持っていることが示されており（100 Hz対75 Hz）、同じことがおそらくすべての鳥、特に猛禽類に当てはまります。多くの哺乳動物は、人間よりも網膜にrod体の割合が高く、フリッカー融合のしきい値も高い可能性があります。これは犬で確認されています。

研究では、サイズと代謝率が作用する2つの要因であることも示されています。代謝率の高い小動物は、ちらつきの融合しきい値が高い傾向があります。