Мерцание (свет)
В восприятии визуальном мерцание — это видимое человеку изменение яркости освещенной поверхности или источника света, которое может быть вызвано колебаниями самого источника света или внешними причинами, например, быстрыми колебаниями напряжения источника питания. ( мерцание линии электропередачи ) 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 для других организмов, имеющих другие пороги восприятия.
Люксметры и датчики изображения потенциально могут обнаруживать мерцание в гораздо более высоких диапазонах частот, чем человеческое зрение. Выдержка, используемая в движущейся фотографии, может взаимодействовать с высокочастотным мерцанием, создавая визуальные артефакты на захваченных изображениях, которые выдают мерцание, которое иначе невозможно было бы заметить.
Спектральная чувствительность человеческого глаза к мерцанию зависит от режима зрительного восприятия. Из-за порога слияния мельканий фовеального зрения при устойчивом зрении редко можно обнаружить мерцание частотой выше 90 Гц, тогда как мерцание можно воспринимать во время зрительных саккад частотой до 1 кГц или выше. [ 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 неисправной лампочки часто будет иметь хаотичную или неустойчивую частотную структуру.
Временная модуляция света
[ редактировать ]Временная модуляция света (TLM) — это несколько более широкое понятие, определенное Международной комиссией по освещению (CIE) как колебание светового количества или спектрального распределения света во времени . [ 2 ] Эффект обычно связан с осветительными приборами, такими как лампы и светильники , свет которых модулируется для обеспечения некоторых функций, таких как затемнение или изменение цвета. TLM может вызывать временные световые артефакты (TLA), такие как стробоскопический эффект или эффект фантомной решетки . TLM связан с головной болью и мигренью , а в редких случаях - с эпилептическими припадками . [ 3 ]
Эффекты
[ редактировать ]Различные научные комитеты оценили потенциальные аспекты, связанные с здоровьем, производительностью и безопасностью, связанные с TLM, включая мерцание света. [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] Побочные эффекты мерцания включают раздражение, снижение производительности задач, зрительное утомление, головную боль и эпилептические приступы у светочувствительных людей. Аспекты видимости мерцания приведены в технических примечаниях CIE ; см. CIE TN 006:2016. [ 7 ] В общем, нежелательные эффекты в зрительном восприятии человека-наблюдателя, вызванные колебаниями интенсивности света, называются временными световыми артефактами ( ВЛА ).
Коренные причины
[ редактировать ]Свет, излучаемый осветительным оборудованием, таким как светильники и лампы, может изменяться по силе в зависимости от времени, намеренно или непреднамеренно. Преднамеренные изменения света применяются для предупреждения, сигнализации (например, светофорная сигнализация , мигающие авиационные световые сигналы), развлечения (например, освещение сцены ) с целью восприятия людьми мерцания. Как правило, светоотдача осветительного оборудования также может иметь непреднамеренные модуляции уровня освещенности из-за самого осветительного оборудования. Величина, форма, периодичность и частота TLM будут зависеть от многих факторов, таких как тип источника света, частота электросети, 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 мерцания. Эти свойства TLM могут меняться со временем из-за эффектов старения. Выход из строя компонентов осветительного оборудования или выход из строя осветительного оборудования также могут привести к мерцанию. [ 8 ] внешние факторы, такие как несовместимость с диммерами или наличие колебаний напряжения в сети ( мерцание в сети ). Кроме того, основными причинами мерцания являются [ 9 ]
Мерцание также можно ощутить от естественно модулированных источников света, таких как свет свечи или освещенная солнцем водная поверхность, или его можно ощутить при движении вдоль ряда деревьев, освещенных солнцем. TLM и возникающее из-за них мерцание можно увидеть также при движении с определенной скоростью по улице или в туннеле, освещенном осветительными приборами, расположенными через равные промежутки. [ 10 ]
Видимость
[ редактировать ]Временные модуляции света становятся видимыми, если частота модуляции ниже порога слияния мельканий и если величина TLM превышает определенный уровень.
Факторов, определяющих видимость TLM как мерцающих, гораздо больше:
- Свойства формы светового сигнала (например, синусоидальный, прямоугольный импульс и его рабочий цикл); см. рисунок 1;
- Средний уровень освещенности источника света и его контраст с уровнем фоновой освещенности в окружающей среде;
- Угол обзора и изменение направления взгляда наблюдателя;
- Физиологические факторы, такие как возраст и усталость.
Все величины влияния, связанные с наблюдателем, являются стохастическими параметрами, поскольку не все люди одинаково воспринимают одну и ту же световую пульсацию. Поэтому восприятие мерцания всегда выражено с определенной вероятностью. Подробные объяснения видимости мерцания и других временных световых артефактов приведены в CIE TN 006:2016. [ 7 ] и в записи вебинара « Это все просто мерцание? ». [ 11 ]
Объективная оценка мерцания
[ редактировать ]Световой фликерметр
[ редактировать ]
Для объективной оценки мерцания, широко применяемого и стандартизированного показателя IEC , используется индикатор кратковременного мерцания ( P st ЛМ ) используется. Этот показатель получен на основе краткосрочного показателя интенсивности мерцания P st. V который применяется в области качества электроэнергии для проверки электрических устройств на предмет их способности вызывать мерцание из-за колебаний напряжения в электрической сети (см. публикации IEC IEC 61000-3-3). [ 12 ] и МЭК 61000-4-15 [ 13 ] ). Индикатор кратковременного мерцания P st ЛМ реализован в виде фликерметра света , который обрабатывает свет, измеренный с помощью датчика освещенности. Световой фликерметр [ 14 ] [ 15 ] состоит из четырех блоков обработки, которые включают в себя весовые фильтры для учета частотной зависимости видимости TLM, а также статистическую обработку для оценки апериодических TLM. Спецификация светового фликерметра и метод испытаний для объективной оценки мерцания осветительного оборудования опубликованы в техническом отчете IEC IEC TR 61547–1. [ 16 ]
Рекомендуется рассчитывать значение P ст ЛМ с использованием формы световой волны, записанной в течение не менее трех минут. Это позволяет правильно оценить мерцание, возникающее на низких частотах повторения.
NOTE - Several alternative metrics such as Modulation Depth, Flicker Percentage or Flicker Index are being applied. None of these metrics are suitable to predict actual human perception because human perception is impacted by modulation depth, modulation frequency, wave shape and if applicable the duty cycle of the TLM.
Набор инструментов Матлаба
[ редактировать ]Набор инструментов для оценки мерцания света Matlab , включающий функцию для расчета Pst . ЛМ и некоторые примеры применения доступны [ 17 ] в Matlab Central через сообщество Mathworks.
Критерий приемки
[ редактировать ]Шкала чувствительности P st ЛМ (и П- ст V ) выбрано таким образом, что значение 1,0 соответствует уровню, при котором 50% испытуемых считают мерцание одновременно заметным и раздражающим (рис. 1).
Приложения для испытаний и измерений
[ редактировать ]Объективный фликерметр света может применяться для различных целей (см. рисунок 2 и IEC TR 61547-1). [ 16 ] ):
- Измерение характеристик внутреннего мерцания осветительного оборудования при стабильном сетевом напряжении;
- Проверка устойчивости светотехнического оборудования к колебаниям напряжения в сети переменного тока;
- Тестирование эффекта регулирования освещенности осветительного оборудования или эффекта внешнего диммера ( совместимость диммеров ).
Публикации организаций по разработке стандартов
[ редактировать ]- МЭК ТР 61457-1:2017: [ 16 ] Спецификация и метод проверки светового фликерметра, а также процедура испытаний на устойчивость к колебаниям напряжения и совместимость диммера.
- НЕМА 77-2017: [ 18 ] среди прочего, методы испытаний на мерцание и рекомендации по критериям приемки.
Потолочные вентиляторы и ветряные турбины
[ редактировать ]Другие примеры мерцания света иногда могут быть связаны с потолочными вентиляторами. [ 19 ] или ветряные турбины [ 20 ] Это происходит, когда вращение лезвия постоянно блокирует источник света (например, потолочный светильник в помещении или солнце), вызывая визуальное мерцание.
См. также
[ редактировать ]- Стойкость зрения
- Временные световые артефакты
- Временные световые эффекты
- Мерцание линии электропередачи
- Качество электроэнергии
- Порог слияния мерцаний
- Проблемы с мерцанием люминесцентных ламп
- Стробоскопический эффект (освещение)
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Уилкинс, Арнольд Дж. (27 июля 2017 г.). «Научная причина, по которой вам не нравятся светодиодные лампы, и простой способ их исправить» . theconversation.com . Разговор . Проверено 3 августа 2021 г.
- ^ «CIE TN 012:2021 Руководство по измерению временной модуляции света источников света и систем освещения» . CIE – Международная комиссия по освещению. 2021. дои : 10.25039/ТН.012.2021 . Проверено 3 октября 2023 г.
- ^ CIE 249:2022 Визуальные аспекты систем освещения с модуляцией времени . CIE – Международная комиссия по освещению. 2022. дои : 10.25039/TR.249.2022 . ISBN 978-3-902842-68-8 .
- ^ IEEE Std 1789:2015, Рекомендуемые IEEE методы регулирования тока в светодиодах высокой яркости для снижения риска для здоровья зрителей ( ссылка ).
- ^ 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 ).
- ^ SCHEER (Научный комитет ЕС по вопросам здоровья, окружающей среды и возникающим рискам), Заключительное заключение о потенциальных рисках для здоровья человека, связанных со светоизлучающими диодами (светодиодами) , июнь 2018 г. [1]
- ^ Jump up to: а б CIE TN 006:2016, Визуальные аспекты систем освещения с модуляцией времени. Определения и модели измерения ( pdf ).
- ^ Проблемы с мерцанием люминесцентной лампы по окончании срока ее службы. Люминесцентная лампа#Проблемы с мерцанием
- ^ Р. Кай, Исследования взаимодействия мерцаний и усовершенствование фликерметра , докторская диссертация, Эйндховен: Эйндховенский технологический университет, 2009. [2]
- ^ См. проблемы с мерцанием в туннеле Квинсуэй .
- ^ Секуловский, Драган; Сигнифай (4 апреля 2016 г.). «Это все мерцание?» . Ютуб . Архивировано из оригинала 3 сентября 2020 года . Проверено 1 марта 2018 г.
{{cite web}}: CS1 maint: bot: исходный статус URL неизвестен ( ссылка ) - ^ IEC 61000-3-3 (ред. 3.1), Электромагнитная совместимость (ЭМС) - Часть 3-3: Ограничения - Ограничение изменений напряжения, колебаний напряжения и мерцания в общественных системах низкого напряжения, для оборудования с номинальным током ≤ 16 На каждую фазу и не подлежит условному подключению . [3]
- ^ IEC 61000-4-15 (изд. 2), Электромагнитная совместимость (ЭМС) – Часть 4-15: Методы испытаний и измерений – Фликерметр – Функциональные и конструктивные характеристики . [4]
- ^ Дж. Драпела, Я. Шлезингр, Световой фликерметр – Часть I: Проектирование , Материалы 11-й Международной научной конференции по электроэнергетике 2010, стр. 453. [5]
- ^ Лэнс Фратер, Мерцание света и гармоническое моделирование электрического освещения , докторская диссертация, Кентерберийский университет, Крайстчерч, Новая Зеландия, 2015. [6]
- ^ Jump up to: а б с IEC TR 61547-1 (изд. 3), Оборудование для общего освещения. Требования к электромагнитной совместимости. Часть 1. Объективный световой фликерметр и метод испытаний на устойчивость к колебаниям напряжения . [7]
- ^ Набор инструментов для оценки мерцания света Matlab Central
- ^ NEMA 77-2017: Временные световые артефакты: методы испытаний и рекомендации по критериям приемки . [8]
- ^ Кент, Майкл; Чунг, Тоби; Ли, Цзяюй; Скьявон, Стефано (2020). «Экспериментальная оценка визуального мерцания, вызванного потолочными вентиляторами» (PDF) . Строительство и окружающая среда . 182 : 107060. Бибкод : 2020BuEnv.18207060K . doi : 10.1016/j.buildenv.2020.107060 . S2CID 225305290 .
- ^ Хардинг, Грэм; Хардинг, Пармела; Ли, Арнольд; Уилкинс, Стефано (2008). «Ветровые турбины, мерцание и светочувствительная эпилепсия: характеристика вспышек, которые могут спровоцировать судороги, и оптимизация рекомендаций по их предотвращению» . Эпилепсия . 46 (6): 1095–1098. дои : 10.1111/j.1528-1167.2008.01563.x . ПМИД 18397297 . S2CID 16197834 .