Введение
Быстрая смена яркости экранов.
Фликер – это заметное изменение яркости между кадрами, отображаемыми на видеодисплеях. Это относится к интервалу обновления на телевизорах с электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ) и компьютерных мониторах, а также к плазменным компьютерным дисплеям и телевизорам.
Flicker is a visible change in brightness between cycles displayed on video displays. It applies to the refresh interval on cathode ray tube (CRT) televisions and computer monitors, as well as plasma computer displays and televisions.
Возникновение
Фликер возникает на ЭЛТ-мониторах при работе с низкой частотой обновления кадров, позволяя яркости снижаться на достаточно длительные промежутки времени, чтобы это заметил человеческий глаз – см. последействие и порог слияния мерцания. У большинства устройств фосфоры экрана быстро теряют возбуждение между кадрами развертки электронного луча, и послесвечение не успевает заполнить эти промежутки – см. постоянство фосфора. Частота обновления 60 Гц на большинстве экранов создает заметный эффект "мерцания". Большинство людей считают, что частота обновления 70–90 Гц и выше обеспечивает комфортное изображение без мерцания на ЭЛТ-мониторах. Использование частоты обновления выше 120 Гц не распространено, так как это дает незначительное снижение мерцания и ограничивает доступное разрешение. Плазменные дисплеи с плоским экраном демонстрируют аналогичный эффект: яркость плазменных пикселей снижается между обновлениями кадров. В ЖК-экранах сам ЖК-дисплей не мерцает, сохраняя свою непрозрачность до обновления следующего кадра. Однако, для предотвращения накопления повреждений, ЖК-дисплеи быстро чередуют полярность напряжения для каждого пикселя, что называется "инверсией полярности". В идеале это не должно быть заметно, поскольку яркость пикселя одинакова при положительной или отрицательной полярности. На практике существует небольшая разница, из-за которой каждый пиксель мерцает примерно с частотой 30 Гц. Экраны, использующие противоположную полярность для каждой строки или пикселя, могут уменьшить этот эффект по сравнению с экранами, где вся поверхность имеет одинаковую полярность; иногда тип экрана можно определить, используя тестовые шаблоны, предназначенные для усиления этого эффекта. Более серьезной проблемой является подсветка ЖК-экрана. В ранних ЖК-дисплеях использовались люминесцентные лампы, мерцающие с частотой 100–120 Гц; в новых ЖК-дисплеях с люминесцентной подсветкой используется электронный балласт, мерцающий с частотой 25–60 кГц, что выходит за пределы воспринимаемого человеческим глазом диапазона, а светодиодная подсветка не требует мерцания в принципе. Помимо мерцания, присущего подсветке, большинство конструкций флуоресцентной и светодиодной подсветки используют широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) для регулировки яркости в определенном диапазоне, включая и выключая подсветку с частотой от нескольких кГц до 180 Гц, хотя существуют и конструкции без мерцания, использующие аналоговое регулирование яркости постоянным током. Мерцание необходимо для кинопроектора, чтобы блокировать свет при перемещении пленки между кадрами. Стандартная частота кадров 24 кадра в секунду создает заметное мерцание, поэтому даже ранние кинопроекторы добавляли дополнительные лопасти к вращающемуся затвору, чтобы блокировать свет даже при неподвижной пленке. Наиболее распространенным является использование трех лопастей, повышающих частоту до 72 Гц. Домашние кинопроекторы (и ранние театральные проекторы) часто имеют четыре лопасти, чтобы увеличить частоту с 18 кадров в секунду (используемую в немом кино) до 72 Гц. Видеопроекторы обычно используют ЖК-панели, работающие аналогично настольным моделям, или зеркала DLP, мерцающие с частотой 2,5–32 кГц. Однако цветные проекторы с "одной матрицей" переключаются между отображением красного, зеленого и синего каналов кадра с частотой всего 180 Гц, используя цветовое колесо или RGB-источник света. Для стереоскопического 3D-отображения система с одним изображением может отображать одновременно только изображение для левого или правого глаза, переключаясь между ними с частотой 90–144 Гц, что имеет преимущество в снижении перекрестных помех по сравнению с 3D-проекцией двумя изображениями. В кинопроекторах обычно используются лампы накаливания или дуговые лампы, которые сами по себе не мерцают заметно. Старые телевизоры использовали разностную развертку, поэтому, помимо других артефактов, изображение смещалось на одну строку с частотой, вдвое меньшей частоты смены кадров (25 или 30 Гц), чем частота смены изображения (50 или 60 Гц). Точная частота обновления, необходимая для предотвращения восприятия мерцания, сильно зависит от условий просмотра. В полностью темной комнате достаточно тусклый дисплей может работать с частотой 30 Гц без видимого мерцания. При нормальном освещении и яркости телевизора та же частота обновления приведет к настолько сильному мерцанию, что просмотр станет невозможным. Человеческий глаз наиболее чувствителен к мерцанию на периферии поля зрения и наименее чувствителен в центре (в области, на которую направлен взгляд). Следовательно, чем большую часть поля зрения занимает дисплей, тем выше должна быть частота обновления. Именно поэтому ЭЛТ-мониторы обычно работают с частотой 70–90 Гц, а ЭЛТ-телевизоры, которые просматриваются с большего расстояния, считаются приемлемыми при 60 или 50 Гц (см. стандарты аналогового телевидения). Употребление хрустящей пищи, такой как чипсы или гранола, может вызвать восприятие мерцания из-за синхронизации вибраций от жевания с частотой мерцания дисплея.
Артефакты программного обеспечения
Программное обеспечение может вызывать эффект мерцания, непосредственно отображая нежелательное промежуточное изображение на короткое время. Например, при отрисовке страницы текста, если сначала очистить область в буфере кадров белым цветом, а затем нарисовать поверх нее, пустая область может на мгновение появиться на экране. Обычно это быстрее и проще в программировании, чем напрямую устанавливать значение каждого пикселя. Если установка каждого пикселя только один раз невозможна, можно использовать двойную буферизацию. Она создает поверхность для отрисовки вне экрана, на которой выполняется рисование (с любым желаемым мерцанием), а затем все сразу копируется на экран. В результате видимые пиксели изменяются только один раз. Хотя этот метод уменьшает программное мерцание, он также может быть очень неэффективным. Разработчики намеренно используют мерцание на маломощных системах, чтобы создать иллюзию большего количества объектов или цветов/оттенков, чем реально поддерживается системой, или как быстрый способ имитации прозрачности. Несмотря на то, что мерцание часто ассоциируется со старыми системами, такими как 16-битные игровые консоли, подобные техники продолжают применяться и в новых системах, например, временное дитерирование, используемое для имитации настоящих цветов на большинстве ЖК-мониторов. Видеооборудование вне монитора также может вызывать мерцание из-за различных артефактов, связанных с синхронизацией и разрешением, таких как разрывы экрана, z-fighting и алиасинг.
Влияние на здоровье
Мигание ЭЛТ-монитора может вызывать различные симптомы у чувствительных к нему людей, такие как напряжение глаз, головные боли у людей, страдающих мигренью, и приступы у эпилептиков. Поскольку мерцание наиболее заметно на периферии зрения, использование ЭЛТ-монитора не представляет очевидной опасности, но длительное использование может привести к своеобразному «шоку» сетчатки, когда мерцание ощущается даже при взгляде в сторону от монитора. Это может спровоцировать состояние, похожее на морскую болезнь, из-за несоответствия между движением, регистрируемым жидкостью во внутреннем ухе, и тем, что мы видим. Симптомы включают головокружение, усталость, головные боли и (иногда сильную) тошноту. Обычно симптомы проходят в течение недели после прекращения использования ЭЛТ-монитора и длятся всего несколько часов, если воздействие не было продолжительным.