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Umbral de fusión de parpadeo

El umbral de fusión de parpadeo , también conocido como frecuencia crítica de parpadeo , umbral de modulación de parpadeo [ 1 ] o tasa de fusión de parpadeo , es la frecuencia a...

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El umbral de fusión de parpadeo , también conocido como frecuencia crítica de parpadeo , umbral de modulación de parpadeo [ 1 ] o tasa de fusión de parpadeo , es la frecuencia a la que una luz parpadeante parece constante para el observador humano promedio. Es un concepto estudiado en la ciencia de la visión , más específicamente en la psicofísica de la percepción visual . El efecto se denominó tradicionalmente " persistencia de la visión ", pero ese término también se ha utilizado para describir imágenes posteriores positivas y desenfoque de movimiento . Aunque el parpadeo puede detectarse para muchas formas de onda que representan fluctuaciones de intensidad variables en el tiempo, convencionalmente, y de forma más sencilla, se estudia en términos de modulación sinusoidal de la intensidad.

Existen siete parámetros que determinan la capacidad de detectar el parpadeo:

  1. la frecuencia de la modulación;
  2. la amplitud o profundidad de la modulación (es decir, cuál es la disminución porcentual máxima en la intensidad de la iluminación con respecto a su valor máximo);
  3. la intensidad de iluminación promedio (o máxima; estas pueden convertirse entre sí si se conoce la profundidad de modulación);
  4. la longitud de onda (o rango de longitud de onda) de la iluminación (este parámetro y la intensidad de la iluminación se pueden combinar en un solo parámetro para humanos u otros animales para los que se conocen las sensibilidades de los bastones y los conos en función de la longitud de onda utilizando la función de flujo luminoso );
  5. la posición en la retina en la que se produce la estimulación (debido a la diferente distribución de los tipos de fotorreceptores en diferentes posiciones de la retina);
  6. el grado de adaptación a la luz o a la oscuridad, es decir, la duración e intensidad de la exposición previa a la luz ambiental, que afecta tanto a la sensibilidad a la intensidad como a la resolución temporal de la visión;
  7. factores fisiológicos como la edad, [ 2 ] [ 3 ] el sexo y la fatiga. [ 4 ]

Explicación

Mientras la frecuencia de modulación se mantenga por encima del umbral de fusión, la intensidad percibida puede cambiarse modificando los periodos relativos de luz y oscuridad. Se pueden prolongar los periodos oscuros y, por lo tanto, oscurecer la imagen; de esta manera, el brillo efectivo y el promedio son iguales. Esto se conoce como la ley de Talbot-Plateau . [ 5 ] Como todos los umbrales psicofísicos , el umbral de fusión del parpadeo es una cantidad estadística más que absoluta. Existe un rango de frecuencias dentro del cual el parpadeo a veces se verá y a veces no, y el umbral es la frecuencia a la que el parpadeo se detecta en el 50% de los ensayos.

Los distintos puntos del sistema visual presentan sensibilidades de tasa crítica de fusión de parpadeo (CFF) muy diferentes; 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 manera diferente. Por ejemplo, las células fotorreceptoras de bastón , que son extremadamente sensibles y capaces de detectar fotones individuales, son muy lentas, con constantes de tiempo en mamíferos de aproximadamente 200 ms. Los conos , en cambio, si bien tienen una sensibilidad a la intensidad mucho menor, poseen 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 alcanzar una meseta que corresponde a la resolución temporal máxima para cada tipo de visión. La frecuencia de fusión máxima para la visión mediada por bastones alcanza una meseta de aproximadamente 15 hercios (Hz), mientras que los conos alcanzan una meseta, observable solo a intensidades de iluminación muy altas, de aproximadamente 60 Hz. [ 6 ] [ 7 ]  

Además de aumentar con la intensidad de iluminación promedio, la frecuencia de fusión también aumenta con la magnitud de la modulación (la disminución relativa máxima de la intensidad de la luz); para cada frecuencia e iluminación promedio, existe un umbral de modulación característico, por debajo del cual no se puede detectar el parpadeo, y para cada profundidad de modulación e iluminación promedio, existe un umbral de frecuencia característico. Estos valores varían con la longitud de onda de la iluminación, debido a la dependencia de la sensibilidad de los fotorreceptores con la longitud de onda, y varían con la posición de la iluminación dentro de la retina, debido a la concentración de conos en las regiones centrales, incluyendo la fóvea y la mácula , y al predominio de los bastones en las regiones periféricas de la retina.

Consideraciones tecnológicas

Velocidad de fotogramas de la pantalla

La fusión de parpadeo es importante en todas las tecnologías para mostrar imágenes en movimiento, casi todas las cuales dependen de mostrar 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 parpadeo para las condiciones de visualización dadas, el parpadeo será perceptible para el observador y los movimientos de los objetos en la película aparecerán entrecortados. Para los fines de mostrar imágenes en movimiento, el umbral de fusión de parpadeo humano generalmente se toma entre 48 y 60  Hz, aunque en ciertos casos puede ser un orden de magnitud mayor. [ 8 ] En la práctica, las películas desde la era del cine mudo se graban a 16 o 24 fotogramas por segundo y se proyectan repitiendo cada fotograma tres o dos veces (respectivamente) para un parpadeo de 48  Hz. Una imagen de 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 velocidad de fotogramas, como el efecto de matriz fantasma y el efecto de rueda de carro , ya que los efectos secundarios visibles para el ser humano de una velocidad de fotogramas finita aún se observaban en pantallas que se actualizaban tan rápido como 480  Hz. [ 9 ]

Frecuencia de actualización de la pantalla

Las pantallas de tubo de rayos catódicos (CRT) operaban típicamente a una frecuencia de barrido vertical de 60  Hz ( NTSC ) o 50  Hz ( PAL/SECAM ), la misma que el contenido SDTV que mostraban, lo que resultaba en un parpadeo perceptible. Lo mismo sucedía con otras tecnologías de impulsos como las pantallas de plasma . Las pantallas modernas pueden intentar aliviar este problema con soporte para frecuencias de actualización más altas, de 72 a más de 300  Hz. Sin embargo, incluso si la frecuencia de actualización más rápida es un múltiplo entero de la velocidad de fotogramas del material de origen para eliminar el judder , sin un material de origen con una velocidad de fotogramas más alta esto causa la percepción de imágenes duplicadas. [ 10 ] Cualquier parpadeo en tecnologías de muestreo y retención como LCD u OLED , no está relacionado con la frecuencia de actualización y es mucho menos perceptible, 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 en las pantallas de muestreo y retención, inherente a estas últimas, en aplicaciones donde se prioriza la percepción precisa del movimiento sobre la fatiga del usuario, se puede reintroducir el tipo correcto de parpadeo mediante técnicas como el estroboscópico de la retroiluminación o la inserción de fotogramas negros.

Iluminación

El parpadeo también es importante en el ámbito de la iluminación doméstica ( de corriente alterna ), donde las variaciones en la carga eléctrica pueden provocar un parpadeo perceptible, lo que puede resultar muy molesto para los clientes de la compañía eléctrica. La mayoría de los proveedores de electricidad establecen límites máximos de parpadeo que procuran cumplir para sus clientes domésticos.

Las lámparas fluorescentes que utilizan balastos magnéticos convencionales parpadean al doble de la frecuencia de alimentación. Los balastos electrónicos no producen parpadeo de luz ya que la persistencia del fósforo es mayor que medio ciclo de la frecuencia de operación más alta de 20  kHz. El  parpadeo de 100–120 Hz producido por los balastos magnéticos se asocia con dolores de cabeza y fatiga visual. [ 11 ] 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 del EEG están marcadamente atenuadas y realizan tareas de oficina con mayor velocidad y menor precisión. Los problemas no se observan con los balastos electrónicos. [ 12 ] Las personas comunes tienen un mejor rendimiento de lectura utilizando balastos electrónicos de alta frecuencia (20–60  kHz) que balastos magnéticos, [ 13 ] aunque el efecto fue pequeño excepto en una relación de alto contraste.

El parpadeo de las lámparas fluorescentes, incluso con balastos magnéticos, es tan rápido que es improbable que represente un peligro para las personas con epilepsia . [ 14 ] Estudios iniciales sospecharon una relación entre el parpadeo de las lámparas fluorescentes con balastos magnéticos y los movimientos repetitivos en niños autistas . [ 15 ] Sin embargo, estos estudios tuvieron problemas de interpretación [ 16 ] y no se han replicado.

Las lámparas LED generalmente no se benefician de la atenuación del parpadeo mediante la persistencia del fósforo, con la notable excepción de los LED blancos. El parpadeo a frecuencias tan altas como 2000  Hz puede ser percibido por los humanos durante los movimientos sacádicos [ 17 ] , y  se han recomendado frecuencias superiores a 3000 Hz para evitar efectos biológicos en humanos [ 18 ] .

Fenómenos visuales

En algunos casos, es posible ver parpadeo a frecuencias superiores a 2000  Hz en el caso de movimientos oculares rápidos ( sacadas ) o movimiento de objetos, a través del efecto de "matriz fantasma". [ 19 ] [ 20 ] Los objetos parpadeantes que se mueven rápidamente y se desplazan rápidamente por la vista (ya sea por movimiento del objeto o por movimiento ocular, como el movimiento de los ojos), pueden causar un desenfoque punteado o multicolor en lugar de un desenfoque continuo, como si fueran múltiples objetos. [ 21 ] A veces se utilizan estroboscopios para inducir este efecto intencionalmente. 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. Estas son típicamente barras luminosas basadas en LED. La variación del ciclo de trabajo en los LED, resulta en un uso de menos energía mientras que las propiedades de la fusión de parpadeo tienen el efecto directo de variar el brillo. Al moverse, si la frecuencia del ciclo de trabajo del/de los LED activado/s está por debajo del umbral de fusión de parpadeo, se hacen evidentes las diferencias de tiempo entre el estado de encendido/apagado del/de los LED, y el/los color/es aparecen como puntos espaciados uniformemente en la visión periférica.

Un fenómeno relacionado es el efecto arcoíris , donde se muestran diferentes colores en diferentes lugares de la pantalla para el mismo objeto debido al movimiento rápido.

Parpadeo

El parpadeo es la percepción de fluctuaciones visuales en intensidad e inestabilidad en presencia de un estímulo luminoso, que es percibida por un observador estático dentro de un entorno estático. El parpadeo visible para el ojo humano opera a una frecuencia de hasta 80 Hz. [ 22 ]

Efecto estroboscópico

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 ocurre cuando hay un cambio en la percepción del movimiento, causado por un estímulo luminoso que es visto por un observador estático dentro de un entorno dinámico. El efecto estroboscópico generalmente ocurre dentro de un rango de frecuencia entre 80 y 2000  Hz, [ 22 ] aunque puede extenderse hasta 10 000  Hz para un porcentaje de la población. [ 23 ]

Matriz fantasma

El efecto fantasma , también conocido como efecto de imagen fantasma , se produce cuando hay un cambio en la percepción de las formas y posiciones espaciales de los objetos. Este fenómeno es causado por un estímulo luminoso combinado con movimientos oculares rápidos (sacadas) de un observador en un entorno estático. Al igual que el efecto estroboscópico, el efecto fantasma también se produce en rangos de frecuencia similares. El cursor del ratón es un ejemplo común [ 24 ] del efecto fantasma.

Especies no humanas

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 acuminata ). [ 25 ] Las estimaciones para diferentes especies de aves varían de 40 a 140  Hz, y los valores más altos tienden a asociarse con especies que se mueven más rápido. [ 26 ] Muchos mamíferos tienen una mayor proporción de bastones en su retina que los humanos, y es probable que también tengan umbrales de fusión de parpadeo más altos. Esto se ha confirmado en perros. [ 27 ]

Si algunos animales perciben la iluminación artificial como parpadeante, el efecto aversivo podría ser un problema para el bienestar animal y la conservación. Sin embargo, los animales más propensos a percibir el parpadeo suelen ser especies diurnas activas en luz brillante y, por lo tanto, las menos propensas a estar expuestas a la iluminación artificial fuera del cautiverio. [ 25 ] 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 alta tasa metabólica tienden a tener valores altos. [ 28 ] [ 29 ]

Véase también

Referencias

  1. ↑ Durai, C. Vijay Reena; Hathibelagal, Amithavikram R.; Rodriguez-Carmona, Marisa; Barbur, John L.; Bharadwaj, Shrikant R. (2023-01-24). " Efecto de la sensibilidad monocular en la suma binocular del parpadeo modulado por luminancia" . PLOS ONE . 18 (1) e0280785. doi : 10.1371/journal.pone.0280785 . ISSN 1932-6203 . PMC 9873164. PMID 36693078. La reducción en la relación de suma binocular ( BSR) con la frecuencia temporal y la excentricidad retiniana puede surgir de la caída bien establecida en los umbrales de modulación del parpadeo monocular (FMT).   
  2. ↑ "Sensibilidad al parpadeo en el envejecimiento normal: pruebas monoculares de la función retiniana en niveles de luz fotópica y mesópica" . Consultado el 9 de febrero de 2026 .
  3. ↑ "Cambio relacionado con la edad en los umbrales de parpadeo con estímulos potenciados por bastones y conos" . Consultado el 9 de febrero de 2026 .
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  7. ↑ " [ Neurociencia ] Re: Ejemplos de umbral de fusión de parpadeo" . Bio.net . Consultado el 05-05-2013 .
  8. ↑ Davis, James (2015), "Los humanos perciben artefactos de parpadeo a 500 Hz", Sci Rep , 5 : 7861, Bibcode : 2015NatSR...5E7861D , doi : 10.1038/srep07861 , PMC 4314649 , PMID 25644611  
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( Copias de Wayback Machine )