Detrás de los avances tecnológicos: cómo afectan los efectos del parpadeo a las pantallas y los productos de iluminación
Introducción
El objetivo principal de la tecnología de visualización es proporcionar un mayor confort visual y una reproducción del color más precisa. El parpadeo ha surgido como una métrica crítica para evaluar la calidad de las pantallas y los productos de iluminación. El parpadeo no sólo afecta al confort visual, sino que también plantea riesgos potenciales para la eficacia de las tareas visuales y la salud.
En este artículo, profundizaremos en las teorías científicas que subyacen a los efectos del parpadeo, los métodos de medición y los retos técnicos que se plantean en las aplicaciones de ingeniería. También analizaremos cómo pueden utilizarse diversas normas de medición para mejorar la calidad del producto.
Este artículo incluye los siguientes temas:
- La base física y fisiológica del efecto parpadeo
- Impacto del parpadeo en la visión y la salud
- Métodos de medición y normas para los efectos del parpadeo
- Métodos de análisis en el dominio de la frecuencia
- Software uFlicker: La solución Idea para pruebas de parpadeo
La base física y fisiológica de los efectos del parpadeo
El parpadeo es un fenómeno causado por las fluctuaciones temporales de las señales luminosas, cuyos efectos de amplio alcance se atribuyen principalmente a las variaciones de tensión de los controladores de las fuentes luminosas y a las tecnologías de regulación. Puede clasificarse en tres efectos principales:
- Parpadeo visible de baja frecuencia
- Fluctuaciones luminosas con frecuencias inferiores a 80 Hz.
- Se percibe fácilmente por los observadores estáticos, lo que provoca fatiga visual, dolores de cabeza e incluso tensión nerviosa.
- Común en fuentes de alimentación inestables o iluminación LED con atenuación PWM de baja frecuencia.
- Efecto Estroboscópico de Alta Frecuencia
- Fluctuaciones luminosas con frecuencias entre 80 Hz y 2 kHz.
- Afecta a la percepción de los objetos en movimiento en condiciones dinámicas, como el efecto rueda de carreta o el desenfoque de movimiento.
- Ocurre a menudo en la iluminación industrial o en pantallas de alta frecuencia de actualización, lo que afecta al rendimiento visual dinámico.
- Efecto de matriz fantasma
- Fluctuaciones luminosas con frecuencias superiores a 2 kHz, que en determinadas condiciones de movimiento pueden crear artefactos visuales como múltiples estelas de imagen.
- Aunque es menos frecuente, puede afectar a la experiencia del usuario en entornos de movimiento a alta velocidad.
Tabla 1: Clasificación de los fenómenos de parpadeo
| Flicker Type | Low-Frequency Visible Flicker | High-Frequency Stroboscopic Effect | Phantom Array Effect |
|---|---|---|---|
| Frequency Range | < 80 Hz | 80 Hz - 2 kHz | > 2 kHz |
| Observation Conditions | Observing stationary objects in static environments | Observing moving objects in static environments | Observing stationary objects in dynamic environments |
| Phantom Ray Effect | Flicker | Stroboscopic Effect | Phantom Array Effect |
| Impact and Applications | Can lead to visual fatigue, headaches, and nervous tension. Commonly found in light sources with low-frequency PWM dimming or unstable power supplies. | Impacts the perception of moving objects, such as the wagon-wheel effect or motion blur. Common in industrial lighting or high-refresh-rate display devices. | Can create visual artifacts like multiple image trails, affecting user experience in high-speed motion scenarios. Less common but potentially significant in high-speed applications. |
Fotografía estroboscópica de un neumático de bicicleta girando.
Impacto del parpadeo en la visión y la salud
La sensibilidad humana al parpadeo está estrechamente relacionada con la capacidad de resolución temporal de la retina y el sistema nervioso. Los estudios han demostrado que el parpadeo de baja frecuencia, sobre todo en el intervalo de 15-20 Hz, es más perceptible y puede provocar los siguientes problemas:
- Fatiga visual y dolores de cabeza: La exposición prolongada a entornos de parpadeo de baja frecuencia aumenta la carga acomodativa del sistema visual.
- Interferencias visuales: El parpadeo puede mermar la capacidad de leer texto y discernir detalles finos en las imágenes.
- Efectos neurológicos y psicológicos: Las personas con epilepsia fotosensible pueden ser especialmente vulnerables a los estímulos de parpadeo.
La percepción del parpadeo por el ojo humano depende en gran medida de la frecuencia:
- Por debajo de 70 Hz: Los efectos del parpadeo se perciben fácilmente y pueden afectar significativamente a la salud visual y al comportamiento.
- Por encima de 70 Hz: Los efectos del parpadeo son generalmente imperceptibles, con una interferencia visual mínima.
Además, la mayoría de los impactos sobre el comportamiento se concentran en efectos de amplitud de baja frecuencia en condiciones estáticas. Estas fluctuaciones de amplitud son especialmente notables al causar fatiga visual a los observadores estacionarios.
La exposición prolongada a entornos con parpadeo de baja frecuencia puede causar fatiga visual y dolores de cabeza
Métodos de medición y normas para los efectos del parpadeo
Parámetros básicos de medición
Las mediciones del parpadeo se basan en las características de las señales luminosas en el dominio del tiempo y de la frecuencia. Los parámetros básicos incluyen:
1. Porcentaje de parpadeo:
Donde A representa el valor máximo de luminancia y B representa el valor mínimo de luminancia.
Aplicaciones:
- Adecuado para detectar rápidamente el alcance de las fluctuaciones de la fuente de luz.
- Se utiliza habitualmente para comprobar la estabilidad básica de las fuentes de luz.
Ventajas:
- Cálculo sencillo, por lo que es ideal para sistemas empotrados.
Desventajas:
- No tiene en cuenta los efectos combinados de la frecuencia y la forma de onda.
2. Índice de parpadeo
El Índice de parpadeo se determina utilizando el Área 1 y el Área 2, que representan las áreas bajo la forma de onda por encima y por debajo del nivel medio de luz.
Aplicaciones:
- Más adecuado para analizar la estabilidad de las formas de onda, especialmente para formas de onda de fuentes de luz complejas.
- Se utiliza en situaciones que requieren la evaluación de la distribución de energía de la forma de onda, como las pruebas de iluminación LED.
Ventajas:
- Proporciona una representación más precisa de las características de la forma de onda en comparación con el Porcentaje de parpadeo.
Desventajas:
- Menos sensible a las variaciones de frecuencia.
3. SVM（Medida de la visibilidad estroboscópica）
Definición y fórmula de SVM
La Medida de Visibilidad Estroboscópica (SVM) es una norma de medición diseñada específicamente para el parpadeo de alta frecuencia en el rango de 80 Hz a 2 kHz. Propuesta por la CIE TN006-2016, la SVM pretende cuantificar el impacto del parpadeo de alta frecuencia en la visión dinámica, sobre todo en aplicaciones que implican escenarios de movimiento rápido.
Esta métrica emplea un modelo matemático para cuantificar la sensibilidad del ojo humano al parpadeo de alta frecuencia, lo que permite a los ingenieros evaluar el rendimiento dinámico de las fuentes de luz o las pantallas. Al proporcionar un enfoque estandarizado, la SVM ayuda a optimizar las tecnologías de iluminación y visualización para entornos en los que la claridad del movimiento es fundamental.
Aplicaciones:
- Pruebas de pantalla: Evalúa el rendimiento visual dinámico de las pantallas de alta frecuencia de actualización (por ejemplo, paneles OLED o LCD).
- Iluminación industrial: Prueba los dispositivos de iluminación utilizados en líneas de producción de alta velocidad para evitar interferencias por parpadeo en la observación de objetos en movimiento.
- Garantiza que los efectos del parpadeo no comprometan la seguridad y la eficacia en escenarios como las operaciones mecánicas o los sistemas de tráfico.
Cm: Componente de Fourier de la señal luminosa en una frecuencia determinada.
Sm: Sensibilidad ponderada del ojo humano a esa frecuencia.
C1: Componente de Fourier en la frecuencia de referencia
Ventajas:
- Estrechamente alineado con los modelos de percepción visual humana, reflejando con precisión el impacto en el mundo real del parpadeo de alta frecuencia en la visión.
- Especialmente adecuado para tecnologías de visualización de alta velocidad (por ejemplo, pantallas con frecuencias de refresco de 120 Hz o superiores) y otras fuentes de luz de alta frecuencia.
- A diferencia de la PstLM, que se centra en el parpadeo de baja frecuencia en condiciones de observación estáticas, la SVM está diseñada específicamente para pruebas de parpadeo en escenarios de movimiento rápido.
4. PstLM（Indicador de modulación de luz a corto plazo）
El PstLM es un indicador propuesto por la Comisión Electrotécnica Internacional (CEI) para cuantificar el impacto del parpadeo de baja frecuencia (entre 0,3 Hz y 80 Hz) en la percepción visual humana. Su objetivo principal es evaluar si los efectos del parpadeo a corto plazo interfieren en el confort visual.
Fi: El componente ponderado de los efectos del parpadeo, basado en la ponderación perceptiva de los componentes de frecuencia observados.
N: El número total de muestras de frecuencia recogidas durante la duración de la prueba.
El PstLM se calcula utilizando los datos recogidos por un Medidor de parpadeo, cuyos resultados reflejan la perceptibilidad de los efectos del parpadeo de una fuente de luz.
Aplicaciones:
- Pruebas de productos de iluminación: Evalúa el rendimiento frente al parpadeo de las luminarias LED y los dispositivos de regulación para verificar el cumplimiento de las normas internacionales de seguridad frente al parpadeo (por ejemplo, IEC 61000-3-3).
- Supervisión del sistema eléctrico: Detecta el impacto de las fluctuaciones de tensión en el parpadeo de la fuente de luz, garantizando su estabilidad.
- Investiga los efectos potenciales del parpadeo de baja frecuencia sobre el ojo humano y el sistema nervioso.
Ventajas:
- Proporciona datos precisos sobre el impacto visual de las fluctuaciones de baja frecuencia.
- Complementa las pruebas dinámicas de alta frecuencia de la SVM centrándose en las condiciones de baja frecuencia en escenarios de observación estáticos.
Tabla 2: Comparación de los métodos de medición del parpadeo
| Method | Percent Flicker | Flicker Index | SVM | PstLM |
|---|---|---|---|---|
| Definition | Illuminating Engineering Society (IES), North America | Illuminating Engineering Society (IES), North America | PHILIPS & CIE TN 006:2016 | International Electrotechnical Commission (IEC) |
| Key Focus | Emphasizes relative waveform amplitude changes | Emphasizes waveform area ratio changes | Uses Fourier transform (time domain → frequency domain) combined with human visual frequency perception | Evaluates low-frequency flicker effects in the range of 0.3 Hz to 80 Hz |
| Indicator Range | 0% ~ 100%; smaller percentage → less flicker | 0 ~ 1; smaller value → less flicker | SVM ≤ 0.9 (before Sep 1, 2024); SVM ≤ 0.4 (after Sep 1, 2024) | PstLM < 1: Flicker not perceptible; PstLM = 1: 50% of people perceive flicker; PstLM > 1: Flicker noticeable |
| Measurement Characteristics | Simple and easy to use, suitable for quickly determining flicker levels | Provides a more accurate description of overall waveform stability; sensitive to low-frequency effects | Specifically designed for high-frequency flicker; strong dynamic analysis capabilities | Precisely quantifies short-term flicker effects; focuses on human visual perception |
| Applicable Scenarios | LED lighting, basic display testing | High-quality lighting, medical display testing | High-refresh-rate displays, high-speed motion environment lighting | LED luminaires, dimming devices, power system monitoring |
| Common Applications | Dimming detection of LED luminaires, low-frequency fluctuation testing of displays | Analysis of surgical lighting, office lighting performance | Testing OLED high-refresh displays, automotive lighting evaluation | Stability testing of LED lighting, voltage fluctuation impact on light sources |
Interfaz de medición del parpadeo
Zona identificable de riesgo de parpadeo
Métodos de análisis en el dominio de la frecuencia
1. Normas JEITA
La JEITA (Asociación de Industrias Electrónicas y de Tecnología de la Información de Japón) ha establecido un método de medición del parpadeo para pantallas, centrado en el análisis en el dominio de la frecuencia. Esta norma evalúa especialmente los efectos de parpadeo de alta frecuencia percibidos por el ojo humano.
Análisis en el dominio de la frecuencia:
- Las normas JEITA se basan en la Transformada Rápida de Fourier (FFT), que convierte las señales luminosas del dominio del tiempo al dominio de la frecuencia.
- Analiza la energía de cada componente de frecuencia dentro de la señal y aplica un procesamiento ponderado a cada frecuencia.
- Los valores de ponderación se fijan en función de la sensibilidad del ojo humano a las distintas frecuencias (curva de percepción).
Métricas clave:
Los resultados de las mediciones suelen expresarse como la energía total de las frecuencias ponderadas, cuantificando el efecto percibido del parpadeo de alta frecuencia en el ojo humano.
Escenarios de aplicación:
Se utiliza para probar el rendimiento dinámico de las pantallas, incluidos los paneles LCD y OLED.
2. Normas VESA
La VESA (Video Electronics Standards Association) es una organización internacional dedicada a las pruebas de rendimiento de las pantallas. El método de medición del parpadeo de VESA se basa en el marco de JEITA, ampliando su aplicabilidad a una gama más amplia de tecnologías de visualización, sobre todo en evaluaciones de contraste dinámico y alta frecuencia de actualización.
Ponderación de frecuencia:
- Al igual que el método JEITA, VESA también utiliza la FFT (Transformada rápida de Fourier) para el análisis en el dominio de la frecuencia.
- La diferencia clave radica en el rango de ponderación más amplio y adaptable de VESA, que lo hace adecuado para la mayoría de las tecnologías de pantalla, incluidas LCD, Mini-LED y OLED.
Prueba de contraste dinámico:
Combina los efectos del parpadeo con la variación del contraste en escenas dinámicas, evaluando el rendimiento de una pantalla al reproducir imágenes en rápido movimiento.
Escenarios de aplicación:
- Pruebas de parpadeo y contraste para pantallas de alto rango dinámico (HDR).
- Aplicable a una amplia gama de tecnologías de visualización, como OLED, QLED y Micro-LED.
Tabla 3: Comparación de las normas JEITA y VESA
| Feature | JEITA | VESA |
|---|---|---|
| Testing Scope | High-frequency flicker | High-frequency flicker + dynamic contrast |
| Weighting | Based on human eye perception curves | Broader weighting range, adaptable to more technologies |
| Applicable Technologies | LCD, OLED displays | LCD, OLED, HDR, and high-refresh-rate displays |
| Advantages | Precisely captures flicker closely related to human perception | More universal testing framework suitable for various display technologies |
| Challenges | High computational demand, requires efficient testing equipment | Complex testing framework with high requirements for dynamic content testing |
Textura estática digital parpadeante.
Software uFlicker: La solución ideal para las pruebas de parpadeo
Con el continuo avance de las tecnologías de visualización e iluminación, los efectos de parpadeo se han convertido en un indicador crucial para evaluar la calidad del producto. Desde mediciones básicas como el porcentaje de parpadeo y el índice de parpadeo hasta métodos más avanzados como el SVM, las pruebas precisas de parpadeo ayudan a los ingenieros a identificar problemas y mejorar los diseños, proporcionando en última instancia a los usuarios una experiencia visual más cómoda y estable.
Características principales del software uFlicker
El software uFlicker de UPRtek es compatible con diversas normas de ensayo (Porcentaje de parpadeo, Índice de parpadeo, SVM y PstLM) y combina los siguientes aspectos destacados:
1. Visualización de formas de onda y espectros en tiempo real:
- Proporciona análisis de las señales luminosas tanto en el dominio temporal como en el dominio frecuencial, ayudando a los usuarios a identificar con precisión las causas fundamentales del parpadeo.
- Las características de la forma de onda (como la simetría y la variación de amplitud) muestran claramente la estabilidad de la señal luminosa.
2. Evaluación exhaustiva del impacto de la amplitud en el parpadeo:
- Analiza el máximo, el mínimo y la forma de las formas de onda para evaluar el impacto combinado de los cambios de amplitud en los efectos del parpadeo.
- Ayuda a los ingenieros a optimizar las estrategias de regulación de la fuente de luz, garantizando la estabilidad del producto en condiciones de luminosidad variables.
3. Impacto de las características de la forma de onda en la evaluación del parpadeo:
- Simetría de la forma de onda: Afecta a la percepción intuitiva del parpadeo; las formas de onda asimétricas tienen más probabilidades de provocar alteraciones visuales.
- Frecuencia y amplitud de la forma de onda: Las formas de onda de alta frecuencia no son perceptibles para el ojo humano, pero las fluctuaciones de baja frecuencia, especialmente con gran amplitud, afectan significativamente al confort.
- Distribución de la Intensidad Luminosa de la Forma de Onda: Analiza la relación luz-oscuridad dentro de la forma de onda (por ejemplo, las diferencias entre picos y valles), lo que influye directamente en los datos de evaluación del Porcentaje de parpadeo y el Índice de parpadeo.
4. Capacidad de pruebas multiparamétricas:
Proporciona parámetros detallados de la forma de onda (valor pico, valor valle, área de la forma de onda) e integra funciones automatizadas de procesamiento de datos para generar rápidamente informes visuales.
5. Pruebas y diagnósticos exhaustivos del parpadeo:
- Evalúa el impacto combinado de la amplitud y la frecuencia para clasificar con precisión el rendimiento de la fuente de luz según las normas internacionales.
- Integra evaluaciones de baja frecuencia (PstLM) y análisis de alta frecuencia (SVM) para realizar pruebas de parpadeo en toda la gama de frecuencias.
Software uFlicker: una herramienta versátil diseñada específicamente para las pruebas de parpadeo, precisa y completa.
El software uFlicker ofrece pruebas completas de parpadeo y análisis profesionales, redefiniendo los estándares de medición óptica.
Elegir el software uFlicker no sólo mejora la eficacia de las pruebas, sino que también garantiza la calidad del producto. Con sus completas funciones de prueba, análisis preciso de formas de onda y evaluación del impacto de la amplitud, ayuda a los ingenieros a crear productos de alta calidad que cumplen las normas internacionales. Además, el análisis en profundidad de las características de la forma de onda permite al software diagnosticar eficazmente los problemas de parpadeo, ofreciendo datos de apoyo críticos para el diseño de la fuente de luz y la optimización del rendimiento.
Recursos:
IES. (2011). Manual de iluminación IES, 10ª edición. Sociedad de Ingeniería de la Iluminación de Norteamérica.
Asociación de Normas IEEE. (2015). IEEE PAR1789-2015: Práctica recomendada para modular la corriente en LED de alto brillo para mitigar los riesgos para la salud de los espectadores. IEEE.
Miller, N. J. (2012). Análisis comparativo de los umbrales de percepción del parpadeo en el contexto de la iluminación general. Investigación y Tecnología de la Iluminación, 44(3), 213-223.
Wilkins, A. J., Veitch, J. A., y Lehman, B. (2010). Parpadeo de la iluminación LED y posibles problemas de salud: Actualización de la norma PAR1789 del IEEE. Congreso y Exposición de Conversión de Energía del IEEE.
CIE (Comisión Internacional de la Iluminación). (2019). CIE TN 006:2019 – Aspectos visuales de los sistemas de iluminación modulados en el tiempo. CIE.
Pantallas LED Flicker Sense, https://www.flickersense.org/background/led-screens
Los efectos sobre la salud de la luz parpadeante, https://www.flickersense.org/
Comisión Internacional de Iluminación https://etc.csu.edu.tw/flicker/
Producto caliente
Serie de manuales
El manual de Flicker
Todo lo que necesita saber sobre el parpadeo, un artefacto de iluminación insidioso y potencialmente grave que afecta la seguridad visual de lugares públicos como hospitales, oficinas, bibliotecas y más...
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