Глаз по своим временным характеристикам напоминает фильтр, у которого верхний предел лежит между частотами 10 и 50 герц (20мс – 100мс) в зависимости от интенсивности.

Зрение —это инерционный процесс.Для реак­ции на оптическое изображение необходимо некоторое время, а когда реак­ция уже возникла, нужно время для того, чтобы она прекратилась, даже если изображение уже убрали. После начала воз­действия света зрительное ощущение нарастает за 100...250 мс(нарастание слухо­вого ощущения совершается примерно за 160 мс) - рис.

После прекращения действия светового потока, глаз как бы продолжает «видеть» источник с яркостью, спадающей во времени по экспоненциальному закону. Зрительный образ сохраняется в среднем в течение примерно 200 миллисекунд. Инерционность зрения из­меняется от условий наблюдения и свойств светового раздражителя: при значи­тельной яркости она равна 50 мс, с уменьшением яркости увеличивается до 200 мс и да­же до 1 с.За время инерции зрения усредняются световые воздействия на сетчат­ку. Это необходимо для выделения полезного сигнала из шума, в частности из шума, обусловленного квантовой флуктуацией света.

Чем больше яркость, тем быстрее растет зрительное ощущение. Процессы нарастания и спадания ощущения иллюст­рируются рис.4.

Рис. 4. Процессы нарастания и спадания ощущения и воздействие кратковременных периодических вспышек света

Время нарастания зрительного ощущения зависит от интенсивности одиночной вспышки света: чем она больше, тем меньше время нарастания зрительного ощущения, и наоборот. Эта зависимость, показана на рис.5.

0,001 0,01 0,1 1 10 с Длительность вспышки.

Рис. 5 Время нарастания зрительного ощущения от интенсивности

одиночной вспышки света

На рис.5 показана эквивалентность между интенсивностью света, действующего на глаз, и продолжительностью его действия. Так, если уменьшить интенсивность света вдвое, но вдвое же увеличить продолжительность воздействия, способность наблю­дателя и обнаружению сигнала не изменится.Эквивалентность времени и интенсивности сохраняется и диапазоне длительностей воздействия пример­но до 20 миллисекунд.

Для более длительных вспышек уменьшение интен­сивности света не вполне можно компенсировать увеличением продолжи­тельности воздействия. Как только длительность сигнала превысит примерно ¹/₄ секунды (250 миллисекунд), всякая зависимость между способностью наблюдателя к обнаружению сигнала и длительностью последнего исчезает и решающим фактором становится интенсивность сигнала (общее количество действую­щей энергии).

При воздействии на орган зрения кратковременных периодических вспышек света (рис.4), возникающие ощущения существенно зависят от частоты и скважно­сти световых импульсов. При частотах повторения менее 5 Гц время между вспыш­ками больше времени инерции, поэтому четко ощущаются мигания. При увеличении частоты вспышек возникает неприятное ощущение мелькания. Наименьшая частота, при которой мелькания пропадают, назвали критической частотой мельканий f _kp. Она зависит от яркости источника света B (рис.6), его цвета, скважности световых импульсов и углового размера поля зрения.

Рис. 6.Зависимость f _kp от яркости источника света B.

Для яркостей, не превышающих 500...1000 кд/м² и скважности 0,5.
.
Для яркости 100 кд/м² f_кр = 42.
Яркость мигающего источника кажется меньше яркости источника, светящегося непрерывно. Кажущаяся, визуально воспринимаемая яркость согласно закону Тальбота будет:
,
где ^ В_каж — функция изменения яркости за период T. Итак, В_каж — среднее значение яркости за период Т.
Критическая частота мельканий связана со способностью зрения сохранять некоторое время остаточный образ. При правильном выборе интервалов между мельканиями наблюдатель перестает замечать изменения светового потока и у него создается впечатление непрерыв­ного света.После первой вспышки развивается зрительная реакция, которая сохраняется на протяжении 100 миллисекунд. Если вторая вспышка следует достаточно быстро за первой, то реакция на эту вспышку разовьется раньше, чем угаснет реакция на предыдущую. Вслед за второй вспышкой можно через такой же интервал дать и третью.

При таких последовательных вспышках в зрительной системе возникает непрерывная реакция, которая воспри­нимается как непрерывный свет.Частота вспышек, при которой ряд последовательных вспышек воспринимается как непрерывно горящий свет, называется критической частотой мельканий. Эта величина определяет границу ощущения преры­вистого стимула. За ее пределом прерывистый стимул воспринимается как непре­рывный, отдельные ощущения от последовательности световых раздражителей, об­разующих прерывистый ряд, сливаются и субъективно выступают как образ непре­рывного стимула.

Критическая частота мельканий, как и время нарастания зрительного ощущения, зависит от интенсивности света. С увеличением яркости В критическая частота мельканий f_kp увеличивается (рис 6). При интен­сивных вспышках время нарастания зрительного ощущения сокращается,и поэтому лишь при очень высокой частоте такие вспышки воспринимаются как постоянный свет. Слабые же вспышки сливаются при более низкой частоте мельканий. Для палочек, которые наиболее активны при низкой интенсивности освещения, критическая частота мельканий меньше, чем для колбочек.

Яркость мигающего источника кажется меньше яркости источника, светяще­гося непрерывно.

Граница ощущения преры­вистого стимула так же как значение инерции зрения, имеет особое значение при решении некоторых инженерных задач. При раз­работке аппаратуры покадровой передачи изображений в кинематографе и телеви­дении необходимо, чтобы прерывистость показа не замечалась зрителем: частота мельканий должна превышать f_kp.Процесс усреднения обеспечи­вает плавное слияние последовательных изображений в непрерывный поток зрительного восприятия. Именно в результате этого процесса последова­тельность отдельных кадров на киноэкране или на экране телевизора создает иллюзию непрерывного движения.

Но если мелькание света используют как сигнал тревоги, то она должна быть меньше f_kp.

Для создания иллюзии непрерывного движения частота мельканий должна быть равна или превышать 50 Гц. В телевидении число кадров n, передаваемых в од­ну секунду равно n = 25. При этом частота мелька­ний яркости экрана F_мк = 2n = 50 Гц за счет использования черес­строчной развертки.Но при большой яркости экрана эта частота мельканий должна быть больше 50 Гц.

Послесвечение экрана трубки обычно составляет при­мерно 0,01 с (10мс). Это снимает эффект мелькания, но только для области центрального зрения. Для перферического зрения fkp больше. Чтобы ис­ключить мелькания, необходимо либо увеличивать частоту кадровой развертки, на­пример, до 100 Гц, либо увеличить длительность послесвечения. Первое приведет к расширению полосы пропускания тракта, второе вызовет наложение одного кадра изображения на другой и, как следствие, размытость изображения движущихся объ­ектов. В телевидении эффект мельканий устраняют, - вводя чересстрочную развертку.

Увеличить частоту мельканий яркости экрана до 100 Гц в современных телевизорах удается за счет использования элек­тронной памяти для повторного воспроизведения кадров, что позволяет улучшить качество воспроизведения изображений.

Время для начала осознания изображения человеком -200 мс. 25 кадр имеет длительность 40 мс, поэтому информация входит в мозг, но не осознается.

Для опознавания образа он должен наблюдаться на экране не менее 4. ..5 с, что определяется пропускной способностью зритель­ной системы. Это справедливо как для движущихся, так и для не­подвижных объектов передачи — заставок, титров, пейзажей и т.п. А в клипах часто используются планы длительностью 1-2 сек. Тогда зрительная информация попадает напрямую в подсознание, которая затем может проявляться в виде эмоциональных страхов, депрессий, агрессий и т.п.

Изображение телевизионных объектов в принципе достаточно передать один раз, а воспроизводить за счет использования электронной памяти в течение длительного времени. Аналогично можно уменьшить число переда­ваемых фаз движения для воспроизведения изображений медленно движущихся объектов. Подобные меры по уменьшению информаци­онной избыточности и соответственно упрощению каналов связи ре­ализуются в современных ТВ системах за счет применения цифро­вых методов преобразований видеоинформации.

Формат телевизионного кадра составляет k = b/h = 4/3, где b, h— ширина и высота кадра соответственно. Для рассмотрения ТВ изображения, наблюдатель должен находить­ся от экрана на расстоянии, на кото­ром изображение полностью проецируется в зону ясного зрения. Оптимальное расстояние рассматри­вания можно определить как Lопт ~5h. При меньшем расстоянии изображение не полностью проецируется в зону сетчаткис макси­мальной разрешающей способностью, а при большем — в эту зону попадают и посторонние объекты, окружающие экран телевизора.