LED parpadeante y el ojo humano/percepción

Cuando un LED parpadea 2 veces por segundo, el ojo humano puede percibir el estado de ENCENDIDO y APAGADO. Podemos ver claramente cuándo está el estado ON y cuándo está el estado OFF.

Cuando parpadea 10.000 veces por segundo, vemos el LED en el estado ENCENDIDO solamente.

¿Por qué cuando el LED parpadea a 10.000 veces por segundo, es el estado ON el que es visible para el ojo humano pero no el estado OFF? ¿Por qué el estado ON parece tener prioridad sobre el estado OFF?

¿Por qué no vemos el LED APAGADO mientras parpadea a 10.000 veces por segundo? Si los períodos de tiempo de ambos estados son iguales, ¿por qué el LED parece estar ENCENDIDO todo el tiempo?

¿Por qué la naturaleza elige mostrarnos el estado ON todo el tiempo? ¿Por qué la naturaleza no elige mostrarnos el estado APAGADO todo el tiempo?

(Suponga que el ciclo de trabajo es del 50 %).

No hay una linterna inversa, algo que puede "brillar" en una habitación y oscurecer todo. La oscuridad es la ausencia de luz, la "luminosidad" no es la ausencia de oscuridad. Dicho de otra manera, cuando miras una luz brillante y miras hacia otro lado, aún ves la luz, no hay opuesto a esto.

Respuestas (2)

El fenómeno al que te refieres se llama persistencia de la visión y en realidad es bastante complicado. Por ejemplo, la frecuencia con la que el LED debe parpadear para interpretarse como cambios continuos con la rapidez con la que se mueve a través de su línea de visión y en qué parte de su campo de visión se encuentra. La respuesta corta a su pregunta es que la forma en que su ojo convierte un fotón en una noción en su mente es a través de una serie de neuronas que comienzan con células fotorreceptoras (los bastones y conos) la rapidez con que pueden activarse y desactivarse depende de los químicos dentro de la célula [1]. La respuesta más larga y correcta a su pregunta se encuentra dentro de las células fotorreceptoras en funcionamiento. Para dar una explicación breve (y probablemente incorrecta), considere los experimentos realizados en fotorreceptores extraídos de ojos de tortuga. Estos experimentos muestran que la señal que sale del fotorreceptor persiste durante un tiempo mayor que el propio estímulo de luz [2]. Si la señalización sostenida del destello anterior comienza a superponerse con el destello actual, es fácil entender cómo la luz parecería estar continuamente encendida en su mente.

[1] Perar, Jillian N., et al. "Clasificación, orientación y tráfico de proteínas en células fotorreceptoras". Avances en la investigación de la retina y el ojo 36 (2013): 24-51. https://doi.org/10.1016/j.preteyeres.2013.03.002

[2] Baylor, DA y AL Hodgkin. "Cambios en la escala de tiempo y sensibilidad en fotorreceptores de tortugas". El Diario de Fisiología 242.3 (1974): 729-758. https://doi.org/10.1113/jfisiol.1974.sp010732

Esto es cierto para cualquier tipo de sensor, ya sea biológico o técnico. Si el intervalo entre destellos es menor que el tiempo de respuesta del sensor, el sensor no puede distinguir entre destellos y emisión constante.
@JohnDoty Pero, ¿por qué lo vemos encendido todo el tiempo? También podríamos verlo como APAGADO todo el tiempo.
@MarsSojourner No parece ENCENDIDO todo el tiempo. Si pulsa la mitad encendido, la mitad apagado, se ve más tenue que si está encendido todo el tiempo.
@MarsSojourner: eso es cierto. Obviamente, el nivel en el que la intensidad percibida aún está por encima del umbral es (mucho) inferior a 0,5 (suponiendo que esté hablando de un ciclo de trabajo del 50 %). Si reduce el ciclo de trabajo a algo muy pequeño, es posible que finalmente encuentre un nivel en el que ya no pueda percibir ningún brillo (lo que, por supuesto, es adaptativo), pero aún hay intensidad física (en el sentido de fotones emitidos). Por cierto, el ojo (si se adapta adecuadamente a la oscuridad) puede ser extremadamente sensible a unos pocos fotones, por lo que recuerdo.
En cuanto a la pregunta "por qué" la naturaleza elige sensibilidades tan altas (umbrales de percepción bajos), usted mismo podría responderla la próxima vez que se encuentre con una pantera por la noche en la jungla. O tal vez no.
"Esto es cierto para cualquier tipo de sensor..." "...cuando [tiene un ciclo de trabajo del 50 %] parece más tenue que [totalmente encendido]..." Este mismo mecanismo constituye la base del sistema de control para servomotores. Estos pueden ser controlados tanto por señales analógicas como por señales digitales. Los sistemas digitales no pueden variar el "brillo" (voltaje de la señal), pero pueden variar con precisión el ciclo de trabajo (qv PWM o modulación de ancho de pulso) que, cuando se coloca a través de un condensador con una resistencia de drenaje, se "percibe" como un voltaje variable.
@JohnDoty no todos los sensores funcionan de esta manera. Algunos sensores pueden saturarse con señales demasiado frecuentes. De hecho, una tasa de señal alta "cega" dicho sensor, por lo que no son adecuados para medir señales continuas. Solo pueden medir señales con una tasa suficientemente baja. Ver en.wikipedia.org/wiki/Dead_time , en particular en.wikipedia.org/wiki/…
Sugiero complementar esta respuesta con la noción de que la luz parpadeante de 10 kHz con un ciclo de trabajo del 50% aparece como luz continua, pero es dos veces más tenue.
@ user1079505 Claro, hay complicaciones, pero pienso en el tiempo muerto y la acumulación como propiedades del sistema de medición, no del sensor. Con un sensor fotoeléctrico, puede registrar un promedio de tiempo de la fotocorriente para obtener la potencia óptica sin tiempo muerto o dificultades de acumulación, perdiendo los beneficios de la detección fotón por fotón.
El tiempo muerto de @JohnDoty es definitivamente la propiedad del sensor para los sensores que emplean la multiplicación de señales, como fotomultiplicadores o fotodiodos de avalancha. En un escenario extremo, un sensor nunca puede volver a medir la señal después de haber estado expuesto a ella una vez, por ejemplo, una película fotográfica. Esto podría no ser muy relevante para esta pregunta, solo quiero señalar que el calificador "cualquier tipo de sensor" es quizás demasiado amplio.
@ user1079505 Los PMT y APD se pueden usar perfectamente en el modo de integración actual. Un tubo Geiger sería un mejor ejemplo, pero incluso eso puede usarse en un modo de integración de corriente a voltaje reducido. Pero claro, si quieres objetar, "cualquier tipo de sensor" es demasiado amplio. ¿La objeción ayuda a la comprensión? Cada idea simple en física tiene 1000 complicaciones escondidas detrás de ella.

Chris tiene una gran explicación en su hasta la física de la química en el globo ocular. Me gustaría agregar a eso una consideración psicológica que podría ayudarlo a cerrar el círculo. Nuestro ojo nunca ve el LED "encendido" o "apagado". De hecho, no ve un LED en absoluto. Ve un montón de luz que viene de esa dirección, y esa luz atraviesa la física que describe Chris.

"Encendido" y "Apagado" son construcciones psicológicas basadas en la comprensión de cómo funciona el mundo y el lugar de LED en ese mundo. En este caso, es probable que su cerebro se dé cuenta de que la presencia de un LED "encendido" es importante y se asegure de que su visión del mundo incluya uno.

Puede cambiar el ciclo de trabajo para identificar un punto en el que su cerebro sienta que es válido incluir también la presencia de un LED "apagado". Esta transición puede resultar bastante incómoda, porque sabe que el LED debe estar encendido o apagado, pero se siente como ambas cosas. También puede cambiar la corriente que pasa por el LED para lograr el mismo efecto. Puede llegar a una situación en la que "apagado" describe lo que el ojo ve lo suficientemente bien, y su cerebro comienza a ignorar el hecho de que hay algo de brillo. Esto sucede prácticamente con los LED blancos, que se basan en un LED UV y un fósforo que brilla intensamente de color blanco en presencia de luz UV. Normalmente, cuando la luz está apagada, la observamos como "apagada". Sin embargo, si miras los fósforos y realmente intentas verlos, verás que todavía están brillando.

Creo que esto está muy relacionado con la forma en que nuestro cerebro construye nuestra visión del mundo cuando manejamos hacia el sol. A menudo, el sol oscurece nuestra visión por completo, pero sentimos la necesidad de "ver a través" del sol, porque sabemos que hay algunos autos realmente importantes por ahí. Si no estuviera conduciendo, y no hubiera autos importantes ahí afuera, podría no sentir la necesidad de observar que hay algo detrás de esa mirada.

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