Мерцание — это видимое изменение яркости между циклами отображения на видеодисплеях . Это относится к интервалу обновления телевизоров с электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ) и компьютерных мониторов , а также плазменных компьютерных дисплеев и телевизоров .
Мерцание возникает на ЭЛТ , когда они работают с низкой частотой обновления , что позволяет яркости падать на достаточно длительные интервалы времени, чтобы это было заметно человеческому глазу – см. постоянство зрения и порог слияния мерцания . У большинства устройств люминофоры экрана быстро теряют возбуждение между проходами электронной пушки , и послесвечение не может заполнить такие промежутки — см. инерционность люминофора . Частота обновления 60 Гц на большинстве экранов создаст видимый эффект «мерцания». Большинство людей считают, что частота обновления 70–90 Гц и выше обеспечивает просмотр на ЭЛТ без мерцания . Частота обновления выше 120 Гц используется редко, поскольку она обеспечивает незначительное уменьшение мерцания и ограничивает доступное разрешение.
Плазменные дисплеи с плоским экраном имеют аналогичный эффект. Плазменные пиксели теряют яркость между обновлениями.
В ЖК- экранах сам ЖК-дисплей не мерцает, он сохраняет свою непрозрачность неизменной до обновления для следующего кадра. Однако, чтобы предотвратить накопление повреждений, ЖК-дисплеи быстро меняют напряжение между положительным и отрицательным для каждого пикселя, что называется «инверсией полярности». В идеале это не было бы заметно, поскольку каждый пиксель имеет одинаковую яркость независимо от того, приложено ли положительное или отрицательное напряжение. На практике разница небольшая: каждый пиксель мерцает с частотой около 30 Гц. [1] Экраны, в которых используется противоположная полярность построчно или попиксельно, могут уменьшить этот эффект по сравнению с тем, когда весь экран имеет одинаковую полярность. Иногда тип экрана можно определить с помощью шаблонов, разработанных для максимизации эффекта. [2]
Больше всего беспокоит подсветка ЖК-дисплея . Раньше в ЖК-дисплеях использовались люминесцентные лампы , которые мерцали с частотой 100–120 Гц; В новых ЖК-дисплеях с флуоресцентной подсветкой используется электронный балласт, который мерцает с частотой 25–60 кГц, что далеко за пределами воспринимаемого человеком диапазона, а светодиодная подсветка вообще не имеет внутренней необходимости мерцать. Помимо собственного мерцания подсветки, в большинстве люминесцентных и светодиодных конструкций подсветки используется цифровая ШИМ для некоторого или всего диапазона регулировки яркости путем включения и выключения с частотой от нескольких кГц до всего лишь 180 Гц, [3] хотя некоторые из них не мерцают. существуют конструкции, использующие истинное аналоговое затемнение постоянного тока. [4]
Мерцание необходимо кинопроектору для блокировки света при переходе пленки от одного кадра к другому. Стандартная частота кадров 24 кадра в секунду приводит к очень заметному мерцанию, поэтому даже самые ранние кинопроекторы [ необходим пример ] добавляли дополнительные лопатки к вращающемуся затвору, чтобы блокировать свет, даже когда пленка не двигалась. Чаще всего используются 3 лопасти, повышающие частоту до 72 Гц. Домашние кинопроекторы (и первые театральные проекторы) часто имели четыре лопатки, чтобы поднять частоту 18 кадров в секунду, используемую при немом кино, до 72 Гц. В видеопроекторах обычно используются либо ЖК-дисплеи, которые работают так же, как их настольные аналоги, либо зеркала DLP , которые мерцают с частотой 2,5–32 кГц, [5] хотя «одночиповые» цветные проекторы переключаются между отображением красного, зеленого и синего каналов кадра в зависимости от времени. всего лишь 180 Гц с использованием цветового круга или источника света RGB. Для стереоскопического 3D система с одним изображением может одновременно отображать только изображение для левого или правого глаза, переключаясь между ними с частотой 90–144 Гц, хотя это имеет преимущество в виде уменьшения перекрестных помех по сравнению с 3D-проекцией двух изображений. В кинопроекторах обычно используются лампы накаливания или дуговые лампы , которые сами по себе не заметно мерцают.
В старых телевизорах использовалось чересстрочное видео , поэтому, среди прочих артефактов, изображение прыгало на одну строку со скоростью вдвое меньшей (25 или 30 Гц), чем меняется изображение (50 или 60 Гц).
Точная частота обновления, необходимая для предотвращения ощущения мерцания, сильно зависит от условий просмотра. В полностью темной комнате достаточно тусклый дисплей может работать с частотой до 30 Гц без видимого мерцания. [6] При нормальной яркости комнаты и телевизора такая же частота отображения может привести к настолько сильному мерцанию, что его невозможно будет смотреть.
Человеческий глаз наиболее чувствителен к мерцанию по краям поля зрения человека (периферическое зрение) и наименее чувствителен в центре взгляда (область, на которой фокусируется взгляд). В результате, чем большую часть нашего поля зрения занимает дисплей, тем больше потребность в высокой частоте обновления. Вот почему ЭЛТ компьютерных мониторов обычно работают с частотой от 70 до 90 Гц, в то время как ЭЛТ-телевизоры, на которые смотрят с большего расстояния, считаются приемлемыми при частоте 60 или 50 Гц (см. стандарты аналогового телевидения ). [7]
Жевание чего-то хрустящего , например чипсов из тортильи или мюсли , может вызвать ощущение мерцания из-за вибраций от жевания, синхронизирующихся с частотой мерцания дисплея. [8]
Программное обеспечение может вызывать эффект мерцания, отображая на короткое время непреднамеренное промежуточное изображение. Например, рисование страницы текста путем затемнения области сначала белым цветом в буфере кадра , а затем рисования «поверх» нее, позволяет пустой области на мгновение появиться на экране. Обычно это гораздо быстрее и проще программировать, чем напрямую устанавливать для каждого пикселя его конечное значение.
Когда невозможно установить каждый пиксель только один раз, можно использовать двойную буферизацию . Это создает внеэкранную поверхность рисования, рисуя на ней (с любым мерцанием), а затем копируя все сразу на экран. В результате видимые пиксели меняются только один раз. Хотя этот метод уменьшает мерцание программного обеспечения, он также может быть очень неэффективным. [9]
Мерцание намеренно используется разработчиками в слабых системах для создания иллюзии большего количества объектов или цветов/оттенков, чем это на самом деле возможно в системе, или в качестве быстрого способа имитации прозрачности. Хотя такие методы мерцания обычно считаются признаком старых систем, таких как 16-битные игровые консоли, такие методы мерцания продолжают использоваться в новых системах, например, временное сглаживание, используемое для имитации истинного цвета на большинстве ЖК-мониторов.
Видеооборудование вне монитора также может вызывать мерцание из-за множества различных артефактов, связанных с синхронизацией и разрешением, таких как разрывы экрана , z-fighting и сглаживание .
Мерцание ЭЛТ-монитора может вызывать различные симптомы у людей, чувствительных к нему, такие как напряжение глаз, головные боли [10] у страдающих мигренью и судороги у эпилептиков. [11]
Поскольку мерцание наиболее четко видно на краю поля зрения, очевидного риска при использовании ЭЛТ нет, но длительное использование может вызвать своего рода шок сетчатки, когда мерцание будет видно, даже если отвести взгляд от монитора. Это может вызвать своего рода укачивание — несоответствие между движением, обнаруживаемым жидкостью во внутреннем ухе, и движением, которое мы видим. Симптомы включают головокружение , усталость , головные боли и (иногда сильную) тошноту . [11] Симптомы обычно исчезают менее чем за неделю без использования ЭЛТ и обычно длятся всего несколько часов, если только воздействие не длилось в течение длительного периода.