При каких условиях видео с частотой 60 Гц создает визуальные артефакты?

Существуют некоторые важные пороговые значения частоты кадров при воспроизведении видео, которые влияют на то, будет ли анимация выглядеть плавной. Эта страница Википедии о видимой частоте кадров предполагает, что частота кадров в 60 герц не дает достаточно информации достаточно быстро, чтобы в некоторых случаях ее можно было рассматривать как плавную:

Однако для быстро движущихся объектов может потребоваться более высокая частота кадров, чтобы избежать артефактов дрожания (неплавного, линейного движения).

Когда именно более высокая частота кадров становится необходимой? Какие исследования показали, какие движения вызывают это «дрожание»?

Я думаю, что это может быть проблемой алиасинга , а не причудой человеческого визуального восприятия.
@jonsca, если проблема решается с более высокой частотой, а не с более высоким разрешением или сглаживанием, как это может быть связано с алиасингом?
Все, что в кадре движется со скоростью более чем в два раза больше 60 Гц, не будет сэмплироваться должным образом. Поскольку энергия сигнала постоянна, эти более высокие гармоники в конечном итоге искажают амплитуды более низких частот. Чем быстрее вы сэмплируете, тем выше предел 2*f Найквиста.
Я понял, что должен был указать, что все это происходит в видеосреде задолго до того, как оно попадает в поле зрения. Вопрос интересный, но однозначного ответа на него у меня нет.
Пока мы вводим частоту Найквиста, мы могли бы также упомянуть, что видео с частотой 60 Гц может выглядеть как большая движущаяся черная полоса, когда оно находится под лампой, например люминесцентной, которая мерцает на частоте сети переменного тока в США (50 Гц или 60 Гц).
Кроме того, хотя это, вероятно, не поможет Бену Броке, я думаю, что это забавно, когда я использую электрическую зубную щетку во время просмотра телевизора, изображение дрожит, как желатин. Других предметов в комнате нет.

Ответы (1)

Статья в Википедии больше не ссылается на феномен, который вы цитируете (по моему мнению), поэтому я не совсем уверен, что это утверждение было отредактировано как неточность с чьей-либо стороны. Я нашел некоторую информацию о визуальном восприятии и высокочастотном мерцании, которая может указывать на некоторое значение частоты обновления монитора 60 Гц.

Сначала я подумал, что описанный вами эффект может иметь какое-то отношение к критической частоте слияния мерцаний. Это скорость, при которой мигание света перестает восприниматься как непрерывное. Для человека она колеблется примерно от 37 до 46 Гц (при измерении как частоте смещения стимула и повторном измерении в течение года) и от 43 до 36 Гц (при измерении как частоте появления стимула и повторном измерении в течение года). год), поэтому, если свет мигает с большей частотой, для среднего человека это будет выглядеть так, как будто он постоянно горит. ** Однако, поскольку 60 Гц просто стесняются быть гармоникой для человеческого критического слияния мерцания, кажется, что не будет какого-то эффекта наложения, поскольку нет компонента 30 Гц.

То, что я нашел, кажется вероятной причиной своего рода зрительного увлечения стимулом 60 Гц, но даже авторы исследования (Williams et al 2004) рационализировали это.

[Если бы это было так] восприятие должно быть заметно нарушено при просмотре телевизионных или компьютерных дисплеев с частотой обновления кадров 60 Гц (или 50 Гц). Однако ежедневно более миллиарда человек смотрят телевизор без явных искажений в восприятии цвета, формы и движения картинок на видеоэкране. Таким образом, фазовая синхронизация в середине диапазона гамма [мозговых волн] [40–100 Гц], которая не имеет отношения к визуальной сцене, не нарушает организацию сцены и не искажает ее настолько тонко, что люди этого не замечают.

При этом эта группа провела очень тщательное исследование как людей, так и нечеловеческих приматов и обнаружила, что от 32% до 82% (процент увеличивается в зависимости от увеличения контраста стимула) изученных «клеток» (отдельных единиц). у приматов V1 все животные были увлечены частотой обновления экрана ЭЛТ 60 Гц. Было обнаружено, что зрительные вызванные потенциалы человека (с использованием неинвазивной ЭЭГ) в значительной степени связаны с частотой обновления ЭЛТ 60 Гц, а также было замечено увеличение с контрастом стимула. При более высоких частотах обновления 72 Гц и 100 Гц степень увлечения значительно снижалась. Таким образом, у обеих групп испытуемых мерцание с частотой 60 Гц индуцировало значительную 60-герцовую активность в мозгу. Активность в гамма-диапазоне обычно связана со связыванием нелокальных клеточных ансамблей с целью корковой синхронизации.

В отличие от этого, Bauer et al (2012) обнаружили, что мерцание двух «фланговых» целей, пульсирующих в фазе с частотой 60 Гц, при окружении центральной основной цели с низким контрастом не улучшает способность видеть центральную цель по сравнению со сценарием с двумя фланговые цели, стреляющие на частоте 60 Гц не в фазе друг с другом. Опираясь на другую проделанную работу, они выдвинули гипотезу, что синхронность нейронов в гамма-диапазоне (40-100 Гц) напрямую поможет в "mediating contextual interactions among local stimulus attributes". Для этого исследования была выбрана частота 60 Гц "typical frequency for human visual cortex gamma oscillations". Мысль заключалась в том, что пульсирующие стимулы с частотой 60 Гц увлекут за собой колебания гамма-диапазона в зрительной коре, чтобы подготовить систему к различению стимулов. Установка с "в фазе"

Таким образом, в целом, 60 Гц, скорее всего, имеют эффекты захвата гамма-диапазона, но, как предостережение, эти эффекты, похоже, не сильно мешают нашей способности воспринимать движение на экране.


** Кстати, я также нашел исследование о частоте слияния мельканий у кур (которые по какой-то причине стали испытательным стендом для задач зрительного восприятия). Согласно более раннему исследованию, процитированному в Railton et al (2010), у кур наблюдается критическое слияние мерцания от 69 Гц до 105 Гц, что находится в типичном диапазоне частоты обновления для ЭЛТ, поэтому авторы исследования обнаружили, что использование тонкопленочных транзисторные экраны оказались более эффективными в задачах распознавания стимулов. Итак, предположительно ЭЛТ с частотой 60 Гц вызовет прерывистое движение с точки зрения курицы, но я не уверен, что это также объясняет какое-либо дрожание.

использованная литература

  1. Бауэр, М., Акам, Т., Джозеф, С., Фриман, Э., Драйвер, Дж. (2012) Модулирует ли фаза визуального мерцания на гамма-частоте распространение нейронного сигнала и выбор стимула? Журнал Видения 12 (4): 1-10. [DOI] [Бесплатный PDF]

  2. Лучак А., Соболевский А. (2005) Продольные изменения критической частоты слияния мерцаний: показатель рабочей нагрузки человека. Эргономика 48 (15): 1770-1792. [ДОИ]

  3. Рейлтон, RCR, Фостер, Т.М., Темпл, В. (2010). Перенос управления стимулами с TFT на ЭЛТ-экран. Поведенческие процессы 85 :111-115. [ДОИ]

  4. Уильямс, П.Е., Мехлер, Ф., Гордон, Дж., Шепли, Р., Хокен, М.Дж. (2004). Увлечение видеоизображениями в первичной зрительной коре макаки и человека. Журнал неврологии 24 (38): 8278-8288. [DOI] [Бесплатный PDF]