stringtranslate.com

Мерцание (свет)

В визуальном восприятии мерцание — это видимое человеком изменение яркости освещенной поверхности или источника света, которое может быть вызвано колебаниями самого источника света или внешними причинами, такими как быстрые колебания напряжения источника питания ( мерцание в сети ) или несовместимость с внешним диммером.

Мерцание , также называемое сцинтилляцией, — это общий термин, обозначающий изменения видимой яркости, цвета или положения удаленного светящегося объекта, наблюдаемого через среду.

Мерцание существует и у других организмов, имеющих иные пороги восприятия.

Экспонометры и датчики изображения потенциально могут обнаруживать мерцание в гораздо более высоких частотных диапазонах, чем человеческое зрение. Выдержки, используемые в съемке движения, могут взаимодействовать с высокочастотным мерцанием, создавая визуальные артефакты на захваченных изображениях, которые выдают мерцание, которое в противном случае не было бы замечено.

Спектральная чувствительность человеческого глаза к мерцанию зависит от режима зрительного восприятия. Из-за порога слияния мерцаний фовеолярного зрения устойчивое зрение редко может обнаружить мерцание выше 90 Гц, тогда как мерцание может быть воспринято во время визуальных саккад до или выше 1 кГц. [1]

Мерцание, вызванное механическими факторами, такими как частота сети переменного тока (обычно 50 или 60 Гц), будет иметь стабильную частотную структуру, тогда как мерцание влажной или вышедшей из строя лампочки часто будет иметь хаотичную или неустойчивую частотную структуру.

Временная модуляция света

Временная модуляция света (ВСМ) — это немного более широкое понятие, определенное Международной комиссией по освещению (МКО) как флуктуация светового количества или спектрального распределения света по времени . [2] Эффект обычно связан с осветительными приборами, такими как лампы и светильники, где свет модулируется для обеспечения некоторой функциональности, такой как затемнение или изменение цвета. ВСМ может вызывать временные световые артефакты (ВС), такие как стробоскопический эффект или эффект фантомной решетки . ВСМ связывают с головной болью и мигренью , а в редких случаях — с эпилептическими припадками . [3]

Эффекты

Различные научные комитеты оценили потенциальные аспекты, связанные со здоровьем, производительностью и безопасностью, возникающие в результате воздействия TLM, включая мерцание света. [4] [5] [6] Неблагоприятные эффекты мерцания включают раздражение, снижение производительности труда, зрительное утомление, головную боль и эпилептические приступы у светочувствительных людей. Аспекты видимости мерцания приведены в технической записке CIE ; см. CIE TN 006:2016. [7] В целом нежелательные эффекты в визуальном восприятии человека-наблюдателя, вызванные колебаниями интенсивности света, называются временными световыми артефактами ( TLA ).

Корневые причины

Свет, излучаемый осветительным оборудованием, таким как светильники и лампы, может изменяться по силе в зависимости от времени, как преднамеренно, так и непреднамеренно. Преднамеренные изменения света применяются для предупреждения, сигнализации (например, светофорная сигнализация , мигающие авиационные световые сигналы), развлечений (например, сценическое освещение ) с целью того, чтобы мерцание воспринималось людьми. Как правило, световой поток осветительного оборудования может также иметь непреднамеренные модуляции уровня света из-за самого осветительного оборудования. Величина, форма, периодичность и частота TLM будут зависеть от многих факторов, таких как тип источника света, частота электропитания, технология драйвера или балласта и тип применяемой технологии регулирования света (например, широтно-импульсная модуляция). Если частота модуляции ниже порога слияния мерцаний и если величина TLM превышает определенный уровень, то такие TLM воспринимаются как мерцание. Эти свойства TLM могут меняться со временем из-за эффектов старения. Неисправность компонентов в осветительном оборудовании или поведение осветительного оборудования в конце срока службы также могут привести к мерцанию. [8] Кроме того, внешние факторы, такие как несовместимость с диммерами или наличие колебаний напряжения в сети ( мерцание в сети электропитания ) являются основными причинами мерцания. [9]

Мерцание также может быть воспринято от естественно модулированных источников света, таких как свет свечи или освещенная солнцем водная поверхность, или оно может ощущаться во время вождения вдоль ряда деревьев, освещенных солнцем. TLM и вызванное ими мерцание можно также увидеть во время вождения с определенной скоростью по улице или через туннель, освещенный осветительным оборудованием, расположенным с регулярным интервалом. [10]

Видимость

Временные модуляции света становятся видимыми, если частота модуляции ниже порога слияния мельканий и если величина TLM превышает определенные уровни.

Факторов, определяющих видимость TLM как мерцания, гораздо больше:

Все величины влияния, связанные с наблюдателем, являются стохастическими параметрами, поскольку не все люди воспринимают одну и ту же световую рябь одинаково. Вот почему восприятие мерцания всегда выражается с определенной вероятностью. Подробные объяснения видимости мерцания и других временных световых артефактов даны в CIE TN 006:2016 [7] и в записанном вебинаре « Все ли это просто мерцание? ». [11]

Объективная оценка мерцания

Мерцание света

Рисунок 1: Кривые порога видимости мерцания для трех различных типов модуляции света (кривые PstLM=1)
Рисунок 1: Кривые порога видимости мерцания для трех различных типов модуляции света; значения глубины модуляции как функции частоты модуляции, при которой мерцание воспринимается в среднем (кривые P st LM =1)

Для объективной оценки мерцания, широко применяемой и стандартизированной IEC метрики, используется краткосрочный индикатор мерцания ( P st LM ). Эта метрика получена из краткосрочной метрики интенсивности мерцания P st V , которая применяется в области качества электроэнергии для тестирования электроприборов на их потенциал вызывать мерцание через колебания напряжения в электрической сети (см. публикации IEC IEC 61000-3-3 [12] и IEC 61000-4-15 [13] ). Краткосрочный индикатор мерцания P st LM реализован в измерителе мерцания света , который обрабатывает свет, измеренный с помощью датчика света. Измеритель мерцания света [14] [15] состоит из четырех блоков обработки, которые включают весовые фильтры для учета частотной зависимости видимости TLM, а также статистическую обработку для оценки апериодических TLM. Спецификация измерителя мерцания света и метод испытаний для объективной оценки мерцания осветительного оборудования опубликованы в техническом отчете МЭК IEC TR 61547–1. [16]

Рекомендуется рассчитывать значение P st LM, используя световую волну, записанную в течение не менее трех минут. Это позволяет правильно оценить мерцание, возникающее при низких частотах повторения. 

ПРИМЕЧАНИЕ. Применяются несколько альтернативных метрик, таких как глубина модуляции, процент мерцания или индекс мерцания. Ни одна из этих метрик не подходит для прогнозирования фактического человеческого восприятия, поскольку на человеческое восприятие влияют глубина модуляции, частота модуляции, форма волны и, если применимо, рабочий цикл TLM.

Набор инструментов Matlab

Набор инструментов для оценки мерцания света Matlab , включающий функцию для расчета P st LM и некоторые примеры применения, доступен [17] на Matlab Central через сообщество Mathworks.

Критерий приемки

Шкала чувствительности P st LM (и P st V ) выбрана таким образом, что значение 1,0 соответствует уровню, при котором 50% испытуемых считают мерцание одновременно заметным и раздражающим (рисунок 1).

Рисунок 1: Общая схема для проверки осветительного оборудования на предмет мерцания.
Рисунок 2: Общая схема проверки осветительного оборудования на предмет мерцания .

Приложения для испытаний и измерений

Объективный фликерметр может применяться для различных целей (см. Рисунок 2 и IEC TR 61547-1 [16] ):

Публикации организаций по разработке стандартов

  1. IEC TR 61457-1:2017: [16] Технические характеристики и метод проверки измерителя мерцания света, а также процедура испытаний на устойчивость к колебаниям напряжения и совместимость с диммерами.
  2. NEMA 77-2017: [18] среди прочего, методы испытаний на мерцание и руководство по критериям приемки.

Потолочные вентиляторы и ветряные турбины

Другие примеры мерцания света иногда могут быть связаны с потолочными вентиляторами [19] или ветряными турбинами [20]. Это происходит, когда вращение лопасти постоянно блокирует источник света (т. е. потолочный светильник в помещении или Солнце), вызывая визуальное мерцание.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Уилкинс, Арнольд Дж. (27 июля 2017 г.). «Научная причина, по которой вам не нравятся светодиодные лампы, и простой способ их исправить». theconversation.com . The Conversation . Получено 3 августа 2021 г. .
  2. ^ "CIE TN 012:2021 Руководство по измерению временной модуляции света источников света и систем освещения". CIE - Международная комиссия по освещению. 2021. doi :10.25039/TN.012.2021 . Получено 3 октября 2023 .
  3. ^ CIE 249:2022 Визуальные аспекты систем освещения с временной модуляцией. CIE — Международная комиссия по освещению. 2022. doi :10.25039/TR.249.2022. ISBN 978-3-902842-68-8.
  4. ^ IEEE Std 1789:2015, Рекомендуемые IEEE методы модуляции тока в светодиодах высокой яркости для снижения рисков для здоровья зрителей (ссылка).
  5. ^ SCENIHR (Научный комитет по возникающим и вновь выявленным рискам для здоровья), Влияние искусственного света на здоровье , 19 марта 2012 г. ( ISBN 978-92-79-26314-9 ). 
  6. ^ SCHEER (Научный комитет ЕС по вопросам здравоохранения, окружающей среды и возникающих рисков), Окончательное заключение о потенциальных рисках для здоровья человека, связанных с использованием светоизлучающих диодов (LED) , июнь 2018 г.[1]
  7. ^ ab CIE TN 006:2016, Визуальные аспекты систем освещения с временной модуляцией — определения и модели измерения (pdf).
  8. ^ Проблемы мерцания люминесцентных ламп после окончания срока службы. Люминесцентная лампа#Проблемы мерцания
  9. ^ Р. Кай, Исследования взаимодействия фликкера и улучшение фликерметра , докторская диссертация, Эйндховен: Технический университет Эйндховена, 2009. [2]
  10. ^ См. проблемы с мерцанием в туннеле Квинсвэй .
  11. ^ Секуловски, Драган; Signify (4 апреля 2016 г.). «Is it all Flicker?». YouTube . Архивировано из оригинала 3 сентября 2020 г. Получено 1 марта 2018 г.{{cite web}}: CS1 maint: бот: исходный статус URL неизвестен ( ссылка )
  12. ^ IEC 61000-3-3 (ред. 3.1), Электромагнитная совместимость (ЭМС) – Часть 3-3: Ограничения – Ограничение изменений напряжения, колебаний напряжения и мерцания в общественных системах электроснабжения низкого напряжения для оборудования с номинальным током ≤ 16 А на фазу и не подлежащего условному подключению .[3]
  13. ^ IEC 61000-4-15 (ред. 2), Электромагнитная совместимость (ЭМС) – Часть 4-15: Методы испытаний и измерений – Фликерметр – Функциональные и проектные характеристики .[4]
  14. ^ J. Drápela, J. Šlezingr, Световой фликерметр – Часть I: Конструкция , Труды 11-й Международной научной конференции «Электроэнергетика» 2010 г., стр. 453.[5]
  15. ^ Лэнс Фрейтер, Мерцание света и гармоническое моделирование электрического освещения , докторская диссертация, Университет Кентербери, Крайстчерч, Новая Зеландия, 2015.[6]
  16. ^ abc IEC TR 61547-1 (ред. 3), Оборудование общего назначения для освещения. Требования к электромагнитной совместимости. Часть 1. Объективный метод испытания на устойчивость к мерцанию света и колебаниям напряжения .[7]
  17. ^ Инструментарий для оценки мерцания света Matlab Central
  18. ^ NEMA 77-2017: Временные световые артефакты: методы испытаний и руководство по критериям приемки .[8]
  19. ^ Кент, Майкл; Чунг, Тоби; Ли, Цзяюй; Скьявон, Стефано (2020). «Экспериментальная оценка визуального мерцания, вызванного потолочными вентиляторами» (PDF) . Строительство и окружающая среда . 182 : 107060. Bibcode :2020BuEnv.18207060K. doi :10.1016/j.buildenv.2020.107060. S2CID  225305290.
  20. ^ Хардинг, Грэм; Хардинг, Пармела; Ли, Арнольд; Уилкинс, Стефано (2008). «Ветряные турбины, мерцание и светочувствительная эпилепсия: характеристика мерцания, которое может спровоцировать приступы, и оптимизация рекомендаций по их предотвращению». Эпилепсия . 46 (6): 1095–1098. doi : 10.1111/j.1528-1167.2008.01563.x . PMID  18397297. S2CID  16197834.