¿Límite de la percepción del parpadeo del ojo humano?

Question

Estoy diseñando un atenuador de LEDs utilizando modulación de ancho de pulso controlada por software, y quiero saber la frecuencia mínima de PWM que debo alcanzar para que ese método de atenuación de LEDs sea indistinguible de la corriente continua variable.

Para atenuar a X% de potencia, el led estará totalmente encendido durante X% del periodo PWM, y totalmente apagado durante el resto, con X de 0 a 100. Estoy asumiendo que el observador puede comparar con los LEDs cercanos accionados por corriente continua a varias potencias (pero no exactamente a X% de potencia), y puede mover el ojo (en particular mirar los LEDs en la visión periférica, que, según me han dicho, es la más sensible al parpadeo). No tengo en cuenta el movimiento intencionado de la cabeza en relación con los LED, que (supongo) podría ser un método de distinción eficaz, ni el uso de un disco de hendidura giratorio o una técnica similar.

He leído que los proyectores de cine utilizan una frecuencia de obturación de 48 o 72 Hz (el doble o el triple de la frecuencia de imagen) para reducir el parpadeo a algo tolerable (pero bastante perceptible en la visión periférica, supongo). También he leído que la frecuencia de CA de 50 o 60 Hz se ha elegido para evitar el parpadeo, lo que sugiere que el parpadeo de 100 o 120 Hz es perceptible (pero el límite podría ser mucho mayor, porque la inercia térmica del filamento debe amortiguar las variaciones). Otro punto de referencia es que se han diseñado TRC con una frecuencia de barrido de 100 Hz, presumiblemente con algún beneficio (pero de nuevo eso no es una indicación del límite superior).

Edición: Encontré este post relevante, Efectos de la iluminación de alta frecuencia en la visión humana

Edición: Mi LED es "blanco", que es realmente azul con un convertidor de luminiscencia que consiste en un material de fósforo inorgánico.

Answer 1

Tienes razón al compararlo con las frecuencias de actualización de los televisores; mi hermano se graduó en la investigación sobre el parpadeo de los televisores LED. Efectivamente, hay que manejar el LED a frecuencias más altas. Los televisores LED tienen problemas de parpadeo a 60 Hz. En realidad, las frecuencias implicadas son incluso más altas: Los televisores LED usan PWM para mostrar intensidades en el rango 0..255, dividiendo el 1/60'de un segundo por cuadro en partes que duran 1/120, 1/240, 1/480,... de un segundo. ( usado (algunos televisores modernos utilizan ahora esquemas más complejos y menos regulares que reducen la percepción del parpadeo).

Otro efecto que hay que tener en cuenta es el de los fósforos de los TRC. Los modelos de 100/120 Hz no tienen problemas de parpadeo porque los fósforos están diseñados para brillar durante milisegundos. Los fósforos de tus LEDs pueden no estar diseñados para eso; hay bastantes variantes diferentes por ahí.

Answer 2

En primer lugar, debido a la gama de ciclos de trabajo utilizados para simular la atenuación, su condición de mayor atenuación va a potenciar los efectos del parpadeo más allá de las formas de onda utilizadas en los experimentos tradicionalmente utilizados para encontrar el umbral de fusión del parpadeo. Esto significa que tendrás que tratar la referencia de abajo con precaución, o arriesgarte a que tus resultados sean aceptables, o posiblemente encontrar a alguien con información (probablemente) no publicada que utilice un sistema similar.

Parece que estás creando una modulación del 100% en una aplicación de iluminación (el fósforo probablemente no lo impida a las frecuencias que estás considerando utilizar). Las respuestas (adversas) siguen produciéndose por encima del nivel de percepción del parpadeo hasta 162 Hz (y más allá). Ver Berman et al 1991 Optometry and Vision Science - y considerar las diferencias en la forma de onda (ciclo de trabajo) y la intensidad. Hay otros factores como el espectro y el tamaño del estímulo y su ubicación en el campo de visión, pero probablemente sean secundarios para su decisión. Sin embargo, como lo más probable es que ambos vayan en contra de sus objetivos, probablemente también sea prudente añadir un margen generoso.

Answer 3

Parece que ya has hecho la mayor parte de la investigación tú mismo.

Sin embargo, hay un efecto importante que puede mantener el parpadeo visible, incluso a 200 Hz o más. Y es debido al movimiento: dejando el rastro como una línea de puntos en la retina, o creando la percepción de que la luz está ligeramente por detrás del objeto al que se adhiere. Esto puede no ser perceptible en las grandes proyecciones (cine), pero sí en las fuentes puntuales como los LED. Durante las sacadas (movimientos oculares rápidos) el ojo puede girar a más de 500 grados/seg. Si se combina esto con la alta resolución de la visión humana (hasta 2 minutos de arco), se obtiene una frecuencia mínima teórica de 15KHz. Si se espera que la fuente de luz y el observador se muevan uno respecto al otro, se podría argumentar que este límite debe ser aún mayor.

Answer 4

Depende de las circunstancias, del lugar del campo de visión y de la iluminación ambiental.

En la luz brillante mirando directamente a ella, el parpadeo de 20Hz sería apenas perceptible, en la oscuridad adaptado esquina 'de su ojo' visión puede detectar 60Hz - suponiendo que el LED se apaga todo el camino.

Las lámparas normales no causan parpadeo a 50/60Hz porque el filamento apenas cambia de brillo durante el ciclo porque no tiene tiempo de enfriarse. Los tubos fluorescentes son notoriamente "parpadeantes" porque sí se apagan en cada ciclo.

Ya que no tienes ninguna razón para no ir a la alta frecuencia (<1Khz) también podrías hacerlo.

Answer 5

Hay muchos factores que intervienen y, aunque hay estudios sobre la iluminación de las habitaciones (se encontró una disminución de los días de enfermedad al cambiar a frecuencias más altas de los fluorescentes de 50 Hz), la televisión sin parpadeo y los efectos del movimiento, como mencionó Kris Van Bael, pero para su aplicación podría haber dos soluciones simples:

• Para un dimmer de LEDs no es necesario variar su brillo con una alta frecuencia, por lo que puede utilizar un pequeño condensador en paralelo con su LED que amortigua su oscilación PWM para que usted logre mucho menos parpadeo, incluso a bajas frecuencias.
• Puedes "externalizar" la creación de pulsos PWM a un chip temporizador (NE555 o similar) y tu controlador sólo tiene que actualizar el valor PWM, mientras que la alta frecuencia (1kHz o superior) la crea el chip externo (puedes encontrar ejemplos en las webs de Arduino)