El umbral de fusión de parpadeo , también conocido como frecuencia crítica de parpadeo o tasa de fusión de parpadeo , es la frecuencia a la que una luz parpadeante parece estable para el observador humano promedio. Es un concepto estudiado en la ciencia de la visión , más específicamente en la psicofísica de la percepción visual . Un término tradicional para "fusión de parpadeo" 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:
Mientras la frecuencia de modulación se mantenga por encima del umbral de fusión, la intensidad percibida se puede cambiar modificando los períodos relativos de luz y oscuridad. Se pueden prolongar los períodos oscuros y, por lo tanto, oscurecer la imagen; por lo tanto, el brillo efectivo y el promedio 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 en lugar de absoluta. Existe un rango de frecuencias dentro del cual a veces se verá parpadeo y a veces no se verá, y el umbral es la frecuencia en la que se detecta parpadeo en el 50% de los ensayos.
Los distintos puntos del sistema visual tienen sensibilidades muy diferentes a la tasa crítica de fusión de parpadeo (CFF); la frecuencia umbral general para la percepción no puede superar la más lenta de estas para una amplitud de modulación dada. Cada tipo de célula integra las señales de forma diferente. Por ejemplo, las células fotorreceptoras de bastones , que son exquisitamente sensibles y capaces de detectar fotones individuales, son muy lentas, con constantes de tiempo en los 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 a unos 15 hercios (Hz), mientras que los conos alcanzan una meseta, observable solo a intensidades de iluminación muy altas, de unos 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 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 del fotorreceptor, y varían con la posición de la iluminación dentro de la retina, debido a la concentración de conos en regiones centrales que incluyen la fóvea y la mácula , y el predominio de bastones en las regiones periféricas de la retina.
La fusión de parpadeos es importante en todas las tecnologías de 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 parpadeos para las condiciones de visualización dadas, el parpadeo será evidente para el observador y los movimientos de los objetos en la película parecerán espasmódicos. Para los fines de presentación de imágenes en movimiento, el umbral de fusión de parpadeo humano suele tomarse entre 60 y 90 Hz, aunque en ciertos casos puede ser superior en un orden de magnitud. [5] En la práctica, las películas desde la era del cine mudo se graban a 24 fotogramas por segundo y se muestran interrumpiendo cada fotograma dos o tres veces para un parpadeo de 48 o 72 Hz. La televisión normalmente se origina a 50 o 60 fotogramas o campos entrelazados por segundo.
El umbral de fusión de parpadeo no impide la detección indirecta de una alta frecuencia de cuadros, como el efecto de matriz fantasma o el efecto de rueda de carro , ya que los efectos secundarios visibles para los humanos de una frecuencia de cuadros finita aún se vieron en una pantalla experimental de 480 Hz. [6]
Las pantallas de tubo de rayos catódicos (CRT) normalmente funcionaban a una frecuencia de barrido vertical de 60 Hz, la misma que el contenido SDTV que mostraban, lo que daba como resultado un parpadeo notable. Lo mismo sucedía con otras tecnologías impulsadas, como las pantallas de plasma . Algunos sistemas podían aumentar la frecuencia de actualización a valores más altos, como 72, 75, 100 o 120 Hz, para aliviar este problema, aunque incluso si la actualización más rápida es un múltiplo entero de la velocidad de cuadros del material de origen para eliminar la vibración , sin un material de origen con una velocidad de cuadros más alta, esto provoca la percepción de imágenes duplicadas. [7] Cualquier parpadeo en tecnologías de muestreo y retención, como LCD u OLED , no está relacionado con la frecuencia de actualización y es mucho menos visible, sino que proviene de compromisos de diseño incidentales, como retroiluminación fluorescente , atenuación PWM o tramado temporal , todos los cuales se eliminan en algunos dispositivos que no parpadean en absoluto. Debido al desenfoque de movimiento resultante inherente a las pantallas de muestreo y retención, en aplicaciones donde se prioriza la percepción precisa del movimiento por sobre la fatiga del usuario, se puede reintroducir el tipo correcto de parpadeo a través de técnicas como el estroboscopio de luz de fondo o la inserción de marco negro.
El parpadeo también es importante en el campo de la iluminación doméstica ( corriente alterna ), donde el parpadeo notable puede ser causado por cargas eléctricas variables y, por lo tanto, puede resultar muy molesto para los clientes de las compañías eléctricas. 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 parpadeos de luz ya que la persistencia del fósforo es más larga que un medio ciclo de la frecuencia de operación más alta de 20 kHz. El parpadeo de 100-120 Hz producido por balastos magnéticos está asociado con dolores de cabeza y fatiga visual. [8] Las personas con un alto umbral crítico de fusión de parpadeo se ven particularmente afectadas por la luz de las luminarias fluorescentes que tienen balastos magnéticos: sus ondas alfa de EEG se atenúan notablemente y realizan tareas de oficina con mayor velocidad y menor precisión. Los problemas no se observan con balastos electrónicos. [9] La gente común tiene un mejor rendimiento de lectura utilizando balastos electrónicos de alta frecuencia (20-60 kHz) que balastos magnéticos, [10] aunque el efecto fue pequeño excepto en 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 . [11] Los primeros estudios sospecharon una relación entre el parpadeo de las lámparas fluorescentes con balastos magnéticos y el movimiento repetitivo en niños autistas . [12] Sin embargo, estos estudios tuvieron problemas de interpretación [13] y no se han replicado.
Las lámparas LED generalmente no se benefician de la atenuación del parpadeo a través de la persistencia del fósforo, la notable excepción son los LED blancos. El parpadeo a frecuencias tan altas como 2000 Hz (2 kHz) puede ser percibido por los humanos durante los movimientos sacádicos [14] , y se han recomendado frecuencias superiores a 3000 Hz (3 kHz) para evitar efectos biológicos humanos. [15]
En algunos casos, es posible ver parpadeos a frecuencias superiores a 2000 Hz (2 kHz) en el caso de movimientos oculares de alta velocidad ( sacadas ) o movimiento de objetos, a través del efecto de "matriz fantasma". [16] [17] Los objetos parpadeantes que se mueven rápidamente y pasan rápidamente por la vista (ya sea por el movimiento del objeto o por el movimiento de los ojos, como girar los ojos), pueden causar un desenfoque punteado o multicolor en lugar de un desenfoque continuo, como si fueran múltiples objetos. [18] 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. Normalmente, se trata de barras luminosas basadas en LED. La variación del ciclo de trabajo de los LED da como resultado el uso de menos energía, mientras que las propiedades de fusión del 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 encendido/apagado de los LED se hacen evidentes, y los colores aparecen como puntos espaciados uniformemente en la visión periférica.
Un fenómeno relacionado es el efecto arco iris , donde se muestran diferentes colores en diferentes lugares de la pantalla para el mismo objeto debido al movimiento rápido.
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 que es visible para el ojo humano se produce a una frecuencia de hasta 80 Hz. [19]
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 se produce 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 se producirá normalmente dentro de un rango de frecuencia entre 80 y 2000 Hz, [19] aunque puede llegar a superar los 10.000 Hz para un porcentaje de la población. [20]
El efecto fantasma , también conocido como matriz fantasma , se produce cuando hay un cambio en la percepción de las formas y posiciones espaciales de los objetos. El fenómeno es causado por un estímulo luminoso en combinación con movimientos oculares rápidos (sacadas) de un observador en un entorno estático. De manera similar al efecto estroboscópico, el efecto fantasma también se producirá en rangos de frecuencia similares. La flecha del ratón es un ejemplo común [21] del efecto de matriz fantasma.
El umbral de fusión de parpadeo también varía entre especies . Un estudio de 2014 sobre la frecuencia crítica de fusión en animales encontró el valor más bajo (6,7 Hz) en el sapo de caña ( Bufo marinus ) y el valor más alto (400 Hz) en el escarabajo de fuego negro ( Melanophila acuminate ). [22] Las estimaciones para diferentes especies de aves varían de 40 Hz a 140 Hz, y los valores más altos tienden a estar asociados con especies que se mueven más rápido. [23] 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. [24]
Si algunos animales perciben la luz artificial como si parpadeara, el efecto aversivo podría ser un problema para el bienestar animal y la conservación. Sin embargo, los animales más propensos a percibir el parpadeo tienden a ser especies diurnas activas en luz brillante y, por lo tanto, menos propensas a estar expuestas a la luz artificial fuera del cautiverio. [22] El tamaño y la tasa metabólica son otros dos factores asociados con la variación en los umbrales de fusión del parpadeo: los animales pequeños con una tasa metabólica alta tienden a tener valores altos. [25] [26]
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