フリッカー融合閾値

フリッカー融合閾値は、臨界フリッカー周波数またはフリッカー融合率とも呼ばれ、平均的な人間の観察者にとって、明滅する光が安定して見える周波数です。これは視覚科学、より具体的には視覚知覚の心理物理学で研究されている概念です。「フリッカー融合」の従来の用語は「視覚の持続」ですが、これは正の残像やモーションブラーを説明するためにも使用されています。フリッカーは、時間によって変化する強度の変動を表す多くの波形で検出できますが、従来、最も簡単には、強度の正弦波変調の観点から研究されます。

ちらつきを検出する能力を決定するパラメータは 7 つあります。

1. 変調の周波数。
2. 変調の振幅または深さ（つまり、照明強度のピーク値からの最大減少率）
3. 平均（または最大。変調深度がわかっている場合は相互変換可能）照明強度。
4. 照明の波長（または波長範囲）（このパラメータと照明強度は、光束関数を使用して波長の関数として桿体と錐体の感度がわかっている人間や他の動物の場合は、単一のパラメータに組み合わせることができます）。
5. 刺激が発生する網膜上の位置（位置によって光受容体の種類の分布が異なるため）
6. 明順応または暗順応の程度、すなわち背景光への前回の露出の持続時間と強度。これは視覚の強度感度と時間分解能の両方に影響します。
7. 年齢や疲労などの生理学的要因^[1]

変調周波数が融合閾値より上に保たれている限り、明暗の相対的な期間を変えることによって知覚される強度を変えることができる。暗い期間を長くして画像を暗くすることができるので、実効輝度と平均輝度は等しくなる。これはタルボット・プラトーの法則として知られている。^[2]すべての心理物理学的閾値と同様に、フリッカー融合閾値は絶対量というよりは統計的である。フリッカーが見える場合と見えない場合がある周波数の範囲があり、閾値は試行の50%でフリッカーが検出される周波数である。

視覚システムの異なるポイントは、非常に異なる臨界フリッカー融合率（CFF）感度を持っています。知覚の全体的な閾値周波数は、与えられた変調振幅に対して、これらのうち最も遅いものを超えることはできません。各細胞タイプは、信号を異なる方法で統合します。たとえば、非常に敏感で単一光子検出が可能な桿体光受容細胞は、非常に鈍く、哺乳類の時定数は約 200 ms です。対照的に、錐体は強度感度ははるかに低いものの、桿体よりもはるかに優れた時間分解能を持っています。桿体と錐体の両方の視覚では、融合周波数は照明強度の関数として増加し、各視覚タイプの最大時間分解能に対応するプラトーに達します。桿体による視覚の最大融合周波数は約 15 ヘルツ（Hz）でプラトーに達しますが、錐体は非常に高い照明強度でのみ観察可能な約 60 Hz のプラトーに達します。^{[3] [4]}

融合周波数は、平均照明強度とともに増加するだけでなく、変調の程度（提示される光強度の最大相対的減少）とともにも増加します。周波数と平均照明ごとに、それ以下ではちらつきを検出できない特徴的な変調しきい値があり、変調深度と平均照明ごとに、特徴的な周波数しきい値があります。これらの値は、光受容体の感度が波長に依存するため、照明の波長によって変化します。また、中心窩や黄斑を含む中心領域に錐体が集中し、網膜の周辺領域に桿体細胞が優勢であるため、網膜内の照明の位置によっても変化します。

フリッカー融合は、動画を表示するためのあらゆる技術において重要であり、そのほとんどは、静止画像（映画フィルム、テレビ番組、デジタルビデオファイルのフレームなど）の急速な連続表示に依存しています。フレームレートが、特定の視聴条件でのフリッカー融合しきい値を下回ると、観察者にはフリッカーが目立ち、フィルム上の物体の動きがぎくしゃくして見えます。動画を表示する目的では、人間のフリッカー融合しきい値は通常 60 Hz から 90 Hz の間とされますが、場合によっては 1 桁高いこともあります。^[5]実際には、無声映画の時代から映画は 24 フレーム/秒で録画され、各フレームを 2 回または 3 回中断して 48 Hz または 72 Hz のフリッカーで表示しています。テレビは通常、 1 秒あたり 50 または 60 フレームまたはインターレースフィールドで始まります。

フリッカー融合閾値は、ファントムアレイ効果やワゴンホイール効果などの高フレームレートの間接的な検出を防ぐことはできません。実験的な480Hzディスプレイでは、有限フレームレートの人間が目に見える副作用が依然として見られました。^[6]

ブラウン管（CRT）ディスプレイは、通常、表示するSDTVコンテンツと同じ60Hzの垂直走査周波数で動作するため、ちらつきが目立っていました。同じことはプラズマディスプレイなどの他のインパルス技術にも当てはまりました。一部のシステムでは、この問題を軽減するためにリフレッシュレートを72、75、100、または120Hzなどのより高い値に上げることができますが、ジャダーを排除するためにより高速なリフレッシュがソースマテリアルのフレームレートの整数倍であっても、より高速なフレームレートのソースマテリアルがなければ、画像の重複が認識されます。^[7] LCDやOLEDなどのサンプルアンドホールド技術でのちらつきは、リフレッシュレートとは無関係であり、はるかに目立ちません。代わりに、蛍光バックライト、PWM調光、または時間的ディザリングなどの偶発的な設計上の妥協から生じます。これらはすべて、ちらつきがまったくない一部のデバイスでは排除されています。サンプル アンド ホールド スクリーンに固有のディスプレイ モーション ブラーが発生するため、ユーザーの疲労よりも正確なモーション認識が優先されるアプリケーションでは、バックライトのストロボやブラック フレームの挿入などの手法を使用して、正しいタイプのちらつきを再導入できます。

フリッカーは家庭用（交流）照明の分野でも重要で、電気負荷の変化によって顕著なフリッカーが発生する可能性があり、電力会社顧客にとって非常に迷惑となる可能性があります。ほとんどの電力会社には、家庭用顧客向けに満たそうとする最大フリッカー制限があります。

従来の磁気安定器を使用した蛍光灯は、供給周波数の2倍でちらつきます。電子安定器は、蛍光体の持続時間が20kHzの高い動作周波数の半サイクルよりも長いため、光のちらつきを生成しません。磁気安定器によって生成される100〜120Hzのちらつきは、頭痛や眼精疲労に関連しています。^[8] 高いちらつき融合閾値を持つ人は、磁気安定器を備えた蛍光灯器具からの光に特に影響を受けます。彼らの脳波アルファ波は著しく減衰し、オフィス作業をより速く、より正確さを失って実行します。この問題は電子安定器では観察されません。^[9]一般の人々は、高周波（20〜60kHz）の電子安定器を使用した方が磁気安定器よりも読書能力が向上しますが、^[10]高コントラスト比を除いて効果は小さかったです。

蛍光灯のちらつきは、磁気安定器が付いている場合でも非常に速いため、てんかん患者に危険を及ぼす可能性は低い。^[11]初期の研究では、磁気安定器付き蛍光灯のちらつきと自閉症児の反復運動との間に関係があるのではないかと疑われていた。^[12]しかし、これらの研究には解釈上の問題があり^[13]、再現されていない。

LEDランプは一般に蛍光体の持続によるフリッカー減衰の恩恵を受けませんが、注目すべき例外は白色LEDです。2000Hz（2kHz）もの周波数のフリッカーは、人間がサッカード運動中に知覚することができます。^[14]また、3000Hz（3kHz）を超える周波数は、人間の生物学的影響を避けるために推奨されています。^[15]

場合によっては、高速眼球運動（サッカード）や物体運動の場合、「ファントムアレイ」効果により、2000 Hz（2 kHz）を超える速度でちらつきが見えることがあります。^{[16] [17]}物体運動または目を回すなどの眼球運動により、視界を横切る高速で動くちらつきのある物体は、連続したぼやけではなく、まるで複数の物体であるかのように、点状または多色のぼやけを引き起こすことがあります。^{[18]この効果を意図的に誘発するために、} ストロボスコープが使用されることがあります。屋外のイベントでよく見られる特定の種類の電子グロースティックなどの特殊効果は、静止しているときは単色に見えますが、動きながら振ると多色または点状のぼやけを生み出します。これらは通常、LEDベースのグロースティックです。LEDのデューティサイクルの変化により電力消費が少なくなり、ちらつき融合の特性により明るさが直接変化します。^[要出典] 動かすと、駆動される LED のデューティ サイクルの周波数がフリッカー融合しきい値を下回る場合、LED のオン/オフ状態間のタイミングの違いが顕著になり、色が周辺視野に等間隔の点として表示されます。

関連する現象としてレインボー効果があり、これは、高速な動きにより、同じ物体が画面上のさまざまな場所に異なる色で表示される現象です。

フリッカーとは、静止した環境の中で静止した観察者が光刺激を受けると、視覚的に強度や不安定さが変動する現象のことです。人間の目に見えるフリッカーは、最大80Hzの周波数で発生します。 ^[19]

ストロボ効果は、「動きを止める」ために、または反復運動の小さな違いを研究するために使われることがあります。ストロボ効果とは、動的な環境の中で静止した観察者が見る光刺激によって、動きの知覚に変化が生じたときに起こる現象を指します。ストロボ効果は通常、80～2000Hzの周波数範囲内で発生しますが、^[19]人口の一部では10,000Hzをはるかに超えることもあります。^[20]

ファントムアレイはゴースト効果としても知られ、物体の形状や空間位置の知覚に変化があるときに発生します。この現象は、静的な環境における観察者の急速な眼球運動（サッカード）と光刺激の組み合わせによって引き起こされます。ストロボ効果と同様に、ファントム効果も同様の周波数範囲で発生します。マウスの矢印はファントムアレイ効果の 一般的な例です^{[21] 。}

フリッカー融合閾値も種によって異なります。2014年に行われた動物の臨界融合周波数の調査では、オオヒキガエル（Bufo marinus）の値が最低（6.7 Hz）で、クロヒキガエル（Melanophila acuminate）の値が最高（400 Hz）でした。^[22]鳥類の種によって推定値は40 Hzから140 Hzまで異なり、値が高いほど動きの速い種である傾向があります。^[23]多くの哺乳類は網膜の桿体の割合が人間よりも高く、フリッカー融合閾値も高いと考えられます。これは犬で確認されています。^[24]

人工照明が一部の動物にちらつきとして認識される場合、その嫌悪効果は動物福祉と保護にとって問題となる可能性がある。しかし、ちらつきを最も認識しやすい動物は明るい光の中で活動する昼行性の種である傾向があり、飼育下以外では人工照明にさらされる可能性が最も低い。^[22]サイズと代謝率は、ちらつき融合閾値の変動に関連するさらに2つの要因であり、代謝率の高い小型動物は値が高くなる傾向がある。^{[25] [26]}

• ブローカ・スルツァー効果
• CDR コンピュータ評価システム
• フレームレート
• 視覚の持続
• リフレッシュレート
• トゥイーン

• ウィンクラー、ロバート。「フリッカー融合要因: 高速走行時に安全に運転できない理由」。2010 年 12 月 5 日にオリジナルからアーカイブされ、著者の個人 Web サイトに再投稿されました。{{cite web}}: CS1 メンテナンス: 追記 (リンク)
• 「わかりました。自分が劣っていることはわかっています – コメント」。サイエンス ブログ – Pharyngula。2006 年 11 月 9 日。2008 年 12 月 30 日時点のオリジナルよりアーカイブ。*IECフリッカーメーター（PDF）
• フリッカー融合要因 なぜ高速走行時に安全運転ができないのか
• Webvision.med.utah.edu 視覚における時間の心理物理学に関するセクション

( Wayback Machine のコピー)