Derrière les avancées technologiques : l’impact des effets de scintillement sur les écrans et les produits d’éclairage
Introduction
L’objectif principal de la technologie d’affichage est d’offrir un meilleur confort visuel et une reproduction plus précise des couleurs. Le scintillement est devenu un paramètre essentiel pour évaluer la qualité des écrans et des produits d’éclairage. Le scintillement n’a pas seulement un impact sur le confort visuel, il présente également des risques potentiels pour l’efficacité des tâches visuelles et la santé.
Dans cet article, nous examinerons les théories scientifiques qui sous-tendent les effets de scintillement, les méthodes de mesure et les défis techniques rencontrés dans les applications d’ingénierie. Nous analyserons également la manière dont les différents étalons de mesure peuvent être utilisés pour améliorer la qualité des produits.
Cet article aborde les sujets suivants :
- Les bases physiques et physiologiques de l’effet de scintillement
- Impact du scintillement sur la vision et la santé
- Méthodes de mesure et normes pour les effets du papillotement
- Méthodes d’analyse dans le domaine des fréquences
- Logiciel uFlicker : La solution idéale pour les tests de scintillement
Les bases physiques et physiologiques des effets du scintillement
Le scintillement est un phénomène causé par des fluctuations temporelles des signaux lumineux, dont les effets de grande ampleur sont principalement attribués aux variations de tension dans les pilotes des sources lumineuses et les technologies de gradation. Elle peut être classée en trois catégories d’effets principaux :
- Scintillement visible à basse fréquence
- Fluctuations de la lumière avec des fréquences inférieures à 80 Hz.
- Facilement perçu par les observateurs statiques, ce qui entraîne une fatigue visuelle, des maux de tête, voire une tension nerveuse.
- Fréquente dans les alimentations instables ou les éclairages LED avec une gradation PWM à basse fréquence.
- Effet stroboscopique à haute fréquence
- Fluctuations de la lumière à des fréquences comprises entre 80 Hz et 2 kHz.
- Affecte la perception des objets en mouvement dans des conditions dynamiques, comme l’effet de roue de chariot ou le flou de mouvement.
- Se produit souvent dans les éclairages industriels ou les écrans à taux de rafraîchissement élevé, ce qui a un impact sur les performances visuelles dynamiques.
- Effet de réseau fantôme
- Fluctuations de la lumière à des fréquences supérieures à 2 kHz, qui, dans certaines conditions de mouvement, peuvent créer des artefacts visuels tels que des traînées d’images multiples.
- Bien que moins fréquente, elle peut affecter l’expérience de l’utilisateur dans les environnements de mouvement à grande vitesse.
Tableau 1 : Classification des phénomènes de papillotement
| 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. |
Photographie stroboscopique d’un pneu de vélo en train de tourner.
Impact du scintillement sur la vision et la santé
La sensibilité humaine au scintillement est étroitement liée aux capacités de résolution temporelle de la rétine et du système nerveux. Des études ont montré que le scintillement à basse fréquence, en particulier dans la plage de 15 à 20 Hz, est le plus perceptible et peut entraîner les problèmes suivants :
- Fatigue visuelle et maux de tête : L’exposition prolongée à des environnements de scintillement à basse fréquence augmente la charge d’accommodation du système visuel.
- Interférence visuelle : Le scintillement peut nuire à la capacité de lire du texte et de discerner les détails fins des images.
- Effets neurologiques et psychologiques : Les personnes souffrant d’épilepsie photosensible peuvent être particulièrement vulnérables aux stimuli de scintillement.
La perception du scintillement par l’œil humain dépend fortement de la fréquence :
- En dessous de 70 Hz : Les effets de scintillement sont facilement perceptibles et peuvent avoir un impact significatif sur la santé visuelle et le comportement.
- Au-dessus de 70 Hz : Les effets de scintillement sont généralement imperceptibles, avec une interférence visuelle minimale.
En outre, la plupart des impacts comportementaux sont concentrés sur des effets d’amplitude à basse fréquence dans des conditions statiques. Ces fluctuations d’amplitude sont particulièrement remarquables car elles provoquent une fatigue visuelle chez les observateurs stationnaires.
L’exposition prolongée à des environnements de scintillement à basse fréquence peut entraîner une fatigue visuelle et des maux de tête
Méthodes de mesure et normes pour les effets du papillotement
Paramètres de mesure de base
Les mesures de scintillement sont basées sur les caractéristiques des signaux lumineux dans le domaine temporel et dans le domaine fréquentiel. Les paramètres de base sont les suivants
1. Pourcentage de scintillement :
Où A représente la valeur maximale de la luminance et B représente la valeur minimale de la luminance.
Applications :
- Convient pour détecter rapidement l’ampleur des fluctuations de la source lumineuse.
- Couramment utilisé pour tester la stabilité de base des sources lumineuses.
Avantages :
- Calcul simple, idéal pour les systèmes embarqués.
Inconvénients :
- Ne tient pas compte des effets combinés de la fréquence et de la forme d’onde.
2. Indice de scintillement
L’indice de scintillement est déterminé en utilisant les zones 1 et 2, qui représentent les zones sous la forme d’onde au-dessus et au-dessous du niveau de lumière moyen.
Applications :
- Il convient mieux à l’analyse de la stabilité des formes d’onde, en particulier pour les formes d’onde de sources lumineuses complexes.
- Utilisé dans les scénarios nécessitant une évaluation de la distribution de l’énergie de la forme d’onde, tels que les tests d’éclairage LED.
Avantages :
- Fournit une représentation plus précise des caractéristiques de la forme d’onde par rapport au pourcentage de scintillement.
Inconvénients :
- Moins sensible aux variations de fréquence.
3. SVM（Stroboscopic Visibility Measure） (Mesure de la visibilité stroboscopique)
Définition et formule du SVM
La mesure de la visibilité stroboscopique (SVM) est une norme de mesure spécifiquement conçue pour le scintillement à haute fréquence dans la plage de 80 Hz à 2 kHz. Proposé par la CIE TN006-2016, le SVM vise à quantifier l’impact du scintillement à haute fréquence sur la vision dynamique, en particulier dans les applications impliquant des scénarios de mouvement rapide.
Cette mesure utilise un modèle mathématique pour quantifier la sensibilité de l’œil humain au scintillement à haute fréquence, ce qui permet aux ingénieurs d’évaluer les performances dynamiques des sources lumineuses ou des écrans. En fournissant une approche normalisée, le SVM permet d’optimiser les technologies d’éclairage et d’affichage pour les environnements où la clarté des mouvements est essentielle.
Applications :
- Test d’affichage : Évalue les performances visuelles dynamiques des écrans à taux de rafraîchissement élevé (par exemple, les panneaux OLED ou LCD).
- Éclairage industriel : Tester les appareils d’éclairage utilisés dans les lignes de production à grande vitesse pour éviter les interférences de scintillement avec l’observation d’objets en mouvement.
- Veille à ce que les effets de scintillement ne compromettent pas la sécurité et l’efficacité dans des scénarios tels que les opérations mécaniques ou les systèmes de circulation.
Cm : Composante de Fourier du signal lumineux à une fréquence spécifique.
Sm : Sensibilité pondérée de l’œil humain à cette fréquence.
C1 : composante de Fourier à la fréquence de référence
Avantages :
- En étroite adéquation avec les modèles de perception visuelle humaine, il reflète fidèlement l’impact réel du scintillement à haute fréquence sur la vision.
- Il convient particulièrement aux technologies d’affichage à grande vitesse (par exemple, les écrans avec des taux de rafraîchissement de 120 Hz ou plus) et à d’autres sources lumineuses à haute fréquence.
- Contrairement au PstLM, qui cible le scintillement à basse fréquence dans des conditions d’observation statiques, le SVM est spécifiquement conçu pour les tests de scintillement dans des scénarios de mouvement rapide.
4. PstLM（Short-Term Light Modulation Indicator） (Indicateur de modulation de lumière à court terme)
Le PstLM est un indicateur proposé par la Commission électrotechnique internationale (CEI) pour quantifier l’impact du scintillement à basse fréquence (de 0,3 Hz à 80 Hz) sur la perception visuelle humaine. Son objectif principal est d’évaluer si les effets de scintillement à court terme interfèrent avec le confort visuel.
Fi : La composante pondérée des effets de scintillement, basée sur la pondération perceptive des composantes de fréquence observées.
N : Le nombre total d’échantillons de fréquence collectés pendant la durée de l’essai.
Le PstLM est calculé à partir des données recueillies par un scintillementmètre, les résultats reflétant la perceptibilité des effets de scintillement d’une source lumineuse.
Applications :
- Essais de produits d’éclairage : Évalue les performances de scintillement des luminaires à LED et des dispositifs de gradation pour vérifier la conformité aux normes internationales de sécurité en matière de scintillement (par exemple, CEI 61000-3-3).
- Surveillance du système électrique : Détecte l’impact des fluctuations de tension sur le scintillement de la source lumineuse, assurant ainsi la stabilité de la source lumineuse.
- Étudie les effets potentiels du scintillement à basse fréquence sur l’œil humain et le système nerveux.
Avantages :
- Fournit des données précises sur l’impact visuel des fluctuations à basse fréquence.
- Complète l’essai dynamique à haute fréquence du SVM en se concentrant sur les conditions à basse fréquence dans des scénarios d’observation statiques.
Tableau 2 : Comparaison des méthodes de mesure du papillotement
| 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 |
Interface de mesure du scintillement
Zone de risque de scintillement identifiable
Méthodes d’analyse dans le domaine des fréquences
1. Normes JEITA
La JEITA (Japan Electronics and Information Technology Industries Association) a établi une méthode de mesure du scintillement pour les écrans, en se concentrant sur l’analyse du domaine des fréquences. Cette norme évalue en particulier les effets de scintillement à haute fréquence tels qu’ils sont perçus par l’œil humain.
Analyse dans le domaine des fréquences :
- Les normes JEITA sont basées sur la transformée de Fourier rapide (FFT), qui convertit les signaux lumineux du domaine temporel au domaine fréquentiel.
- Il analyse l’énergie de chaque composante de fréquence du signal et applique un traitement pondéré à chaque fréquence.
- Les valeurs de pondération sont fixées en fonction de la sensibilité de l’œil humain aux différentes fréquences (courbe de perception).
Principaux indicateurs :
Les résultats des mesures sont généralement exprimés en tant qu’énergie totale des fréquences pondérées, quantifiant l’effet perçu du scintillement à haute fréquence sur l’œil humain.
Scénarios d’application :
Utilisé pour les tests de performance dynamique des écrans, y compris les panneaux LCD et OLED.
2. Normes VESA
La VESA (Video Electronics Standards Association) est une organisation internationale spécialisée dans les tests de performance des écrans. La méthode de mesure du scintillement de la VESA s’appuie sur le cadre de la JEITA et étend son applicabilité à une gamme plus large de technologies d’affichage, en particulier dans les évaluations du contraste dynamique et du taux de rafraîchissement élevé.
Pondération de la fréquence :
- Comme la méthode JEITA, VESA utilise également la FFT (Fast Fourier Transform) pour l’analyse du domaine des fréquences.
- La principale différence réside dans la plage de pondération plus large et plus adaptable de VESA, qui convient à la plupart des technologies d’affichage, y compris les écrans LCD, Mini-LED et OLED.
Essai dynamique de contraste :
Combine les effets de scintillement avec les variations de contraste dans les scènes dynamiques, évaluant les performances d’un écran lors du rendu d’images en mouvement rapide.
Scénarios d’application :
- Test de scintillement et de contraste pour les écrans à gamme dynamique élevée (HDR).
- Applicable à une large gamme de technologies d’affichage, telles que OLED, QLED et Micro-LED.
Tableau 3 : Comparaison des normes JEITA et 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 |
Texture numérique statique vacillante.
Logiciel uFlicker : La solution idéale pour les tests de scintillement
Avec les progrès constants des technologies d’affichage et d’éclairage, les effets de scintillement sont devenus un indicateur crucial pour l’évaluation de la qualité des produits. Des mesures de base comme le pourcentage de scintillement et l’indice de scintillement aux méthodes plus avancées comme le SVM, des tests de scintillement précis permettent aux ingénieurs d’identifier les problèmes et d’améliorer les conceptions, offrant ainsi aux utilisateurs une expérience visuelle plus confortable et plus stable.
Caractéristiques principales du logiciel uFlicker
Le logiciel uFlicker d’UPRtek est compatible avec une variété de normes de test (Percent Flicker, Flicker Index, SVM, et PstLM) et combine les points forts suivants :
1. Visualisation des formes d’onde et des spectres en temps réel :
- Il permet d’analyser les signaux lumineux dans le domaine temporel et dans le domaine fréquentiel, ce qui aide les utilisateurs à identifier avec précision les causes profondes du scintillement.
- Les caractéristiques de la forme d’onde (telles que la symétrie et la variation d’amplitude) indiquent clairement la stabilité du signal lumineux.
2. Évaluation complète de l’impact de l’amplitude sur le scintillement :
- Analyse le maximum, le minimum et la forme des formes d’onde pour évaluer l’impact combiné des changements d’amplitude sur les effets de scintillement.
- Aide les ingénieurs à optimiser les stratégies de gradation des sources lumineuses, garantissant la stabilité des produits dans des conditions de luminosité variables.
3. Impact des caractéristiques de la forme d’onde sur l’évaluation du papillotement :
- Symétrie de la forme d’onde : Affecte la perception intuitive du scintillement ; les formes d’onde asymétriques sont plus susceptibles de provoquer une gêne visuelle.
- Fréquence et amplitude de la forme d’onde : Les formes d’onde à haute fréquence ne sont pas perceptibles à l’œil nu, mais les fluctuations à basse fréquence, en particulier celles de grande amplitude, ont une incidence significative sur le confort.
- Distribution de l’intensité lumineuse de la forme d’onde : Analyse le rapport lumière-obscurité dans la forme d’onde (par exemple, les différences de crête et de creux), ce qui a un impact direct sur les données d’évaluation du pourcentage de scintillement et de l’indice de scintillement.
4. Capacité d’essais multiparamétriques :
Il fournit des paramètres détaillés de la forme d’onde (valeur de crête, valeur de creux, zone de la forme d’onde) et intègre des fonctions de traitement automatisé des données pour la génération rapide de rapports visuels.
5. Tests et diagnostics complets sur le papillotement :
- Évalue l’impact combiné de l’amplitude et de la fréquence pour classer avec précision les performances des sources lumineuses conformément aux normes internationales.
- Intègre l’évaluation des basses fréquences (PstLM) et l’analyse des hautes fréquences (SVM) pour effectuer des tests de scintillement sur l’ensemble de la gamme de fréquences.
Logiciel uFlicker – un outil polyvalent conçu spécifiquement pour les tests de flicker, précis et complet.
Le logiciel uFlicker permet d’effectuer des tests de scintillement complets et des analyses professionnelles, redéfinissant ainsi les normes de mesure optique.
Le choix du logiciel uFlicker permet non seulement d’améliorer l’efficacité des tests, mais aussi de garantir la qualité des produits. Grâce à ses fonctions de test complètes, à l’analyse précise des formes d’onde et à l’évaluation de l’impact de l’amplitude, il aide les ingénieurs à créer des produits de haute qualité conformes aux normes internationales. En outre, l’analyse approfondie des caractéristiques de la forme d’onde permet au logiciel de diagnostiquer efficacement les problèmes de scintillement, offrant ainsi des données essentielles pour la conception de la source lumineuse et l’optimisation des performances.
Ressources :
IES. (2011). The IES Lighting Handbook, 10e édition. Illuminating Engineering Society of North America (Société d’ingénierie de l’éclairage d’Amérique du Nord).
Association de normalisation de l’IEEE. (2015). IEEE PAR1789-2015 : Pratique recommandée pour la modulation du courant dans les LED à haute luminosité afin d’atténuer les risques pour la santé des spectateurs. IEEE.
Miller, N. J. (2012). Analyse comparative des seuils de perception du scintillement dans le contexte de l’éclairage général. Lighting Research and Technology, 44(3), 213-223.
Wilkins, A. J., Veitch, J. A. et Lehman, B. (2010). LED Lighting Flicker and Potential Health Concerns (Scintillement de l’éclairage LED et problèmes de santé potentiels) : IEEE Standard PAR1789 Update. Congrès et exposition de l’IEEE sur la conversion de l’énergie.
CIE (Commission internationale de l’éclairage). (2019). CIE TN 006:2019 – Aspects visuels des systèmes d’éclairage à modulation temporelle. CIE.
Ecrans LED Flicker Sense, https://www.flickersense.org/background/led-screens
Les effets de la lumière vacillante sur la santé, https://www.flickersense.org/
Commission internationale de l’éclairage https://etc.csu.edu.tw/flicker/
Produit phare
Série de manuels
Le guide du scintillement
Tout ce que vous devez savoir sur Flicker, un artefact d'éclairage insidieux et potentiellement grave ayant un impact sur la sécurité visuelle des lieux publics comme les hôpitaux, les bureaux, les bibliothèques, etc.
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