PWM调光科学（第一部分）：人体显示器的黑历史

在开始波浪之前，先声明。我们的“ LCD教育”和“反OLED联盟”可以统称为“反低频PWM联盟”。我们反对低频PWM调光，而不是其他显示技术。

我们没有针对任何人。无论是LCD，OLED还是灯，任何使用低频PWM调光的显示器和照明设备都是我们反对的对象。字幕：它们都应该扔进历史的垃圾桶中。

DC直流调光和高频PWM设备是我们的盟友。但是三星AMOLED，中低端笔记本电脑和台式机显示器在大街上奔跑，以及稀缺但闪烁的LG p-OLED屏幕（小米Note 2、 Pixel 2 XL和其他机器）都是我们的反对意见。 。 PWM科学普及的内容概述：

前半部分主要涉及闪烁的危害，PWM调光的定义以及显示器历史上的一些陷阱；

下半部分主要是关于低频PWM危害的评估，PWM的个人检测方法以及A屏幕时代的护眼生存指南。

邪恶的闪光灯

这次，故事的起点提高了一点，并在显示出现之前就开始了。这种流行科学的核心是“频闪”一词。 “人造照明的历史就是闪烁的历史”，这的确不是夸张。从特斯拉的交流电源击败爱迪生的直流电源的那一刻起，似乎就决定了人类照明的闪烁历史。因为所有在交流电源下工作的光源都会闪烁...

50Hz交流电

从1891年开始，人类开始使用多相交流发电机，最终以50Hz（我国目前使用的频率）和60Hz交流电源占领了市场。交流电的频率决定了从古董钨丝灯到大多数家用荧光灯（荧光灯），闪烁频率为100 Hz，即每秒闪烁100次（50 Hz正弦交流电，每秒有50个峰值和谷值），并通过零点100次。）

不同LED产品的闪光灯

由于制造商的驱动电路不同，曾经备受期待的LED光源具有非常复杂的频闪模式。如果增加了调光功能，则闪光灯的类型将越来越复杂。当然，好的产品不会闪烁或非常轻微地闪烁。但是在LED产品价格暴跌之后，许多制造商使用了简单的驱动电路，这导致了频闪条件的恶化。

现在了解为什么在室内拍摄的慢动作视频会闪烁。因为它真的又在闪烁...除了被人有意或无意地看到以外，即使是超市中的扫描仪，也会受到闪烁灯的影响并影响识别率。

根据国际照明协会CIE TN006-2016技术报告的定义，闪烁可分为三种类型：“闪烁，闪烁效果和幻像效果”。后两者分别涉及被观察物体的物理效应和观察者的运动。为了简化说明，以下统称为“闪烁和频闪”。

人眼对闪烁频率的敏感度曲线

不同的人对频闪的敏感性非常不同，甚至有术语“闪光敏感体质”。对人类最敏感的频率是8. 8Hz，然后一直下降。大多数人在80Hz后看不到闪烁，但是即使如此，有些人仍然感到疲劳和痛苦。 2015年电气与电子工程师协会文件IEEE Std 1789-2015指出，灯光闪烁可能具有潜在的不利影响：

光敏性癫痫或闪光引起的癫痫发作（人口0. 1％）

偏头痛或严重头痛，经常伴有恶心和视觉障碍

增加自闭症患者的重复行为

弱视包括：眼睛疲劳，疲倦，视力模糊

神奇宝贝冲击事件

当我回首过去时，我回想起一种都市传说，这是近代最著名的“频闪事故”，谁会想到主角实际上就是神奇宝贝“神奇宝贝”……1997年12月16日日本电视台“神奇宝贝多兽（3D龙）”播放了《神奇宝贝》第38集，为了渲染在计算机世界中的战斗，使用了大量12Hz的红色和蓝色闪烁来显示爆炸场面，直接导致了整个日本700例癫痫。 （650例是儿童）。

该事件在历史上被称为“神奇宝贝震撼”。它制作了《精灵宝可梦》，这部对人类和动物无害，并受到全世界的喜爱，并享有被责令停止播放直到第二年4月16日的待遇。这一天从第39集开始。巧合的是，2007年的伦敦2012年宣传预告片和2011年的《暮光之城：破晓》都发生了由于色块闪烁而使观众癫痫发作的事件。

如果您有兴趣，可以自己去视频网站观看《神奇宝贝》第38集。空中位置是18分51秒。尽管经过数字化处理后，胶片源的准确性和色彩没有以前那样令人不快，但仍建议大家在出行前注意安全，并在开车前系好安全带。

什么是PWM？

回到我们的主角PWM调光。 PWM，即脉冲宽度调制的全称，转换为脉冲宽度调制，归根结底是一项将模拟信号调制为脉冲波的技术。它是一种广泛使用的显示亮度控制方法，另一种是DC调光（LED领域中的CCR调光，为便于演示，以下统称为DC调光）。

在进入主题之前，让我们看一下信号的两个主要类别：

模拟信号可以具有0-100％之间的一系列值（接近无级变速）。

数字信号，特征为“ 0和1”，只有开和关两种状态，即0或100％。这是极客的两个数字。毕竟，整个人类的整个IT系统都是基于逻辑电路“ 0和1”的控制。

尽管数字信号控制的成本很低，但最令人尴尬的部分是只能关闭电源和打开电源，即0和1这两个状态无法像模拟信号一样针对无级亮度调节进行定制。那为什么我们的屏幕可以无限调节亮度呢？因为聪明的人发现肉眼的速度有限，并且有补益脑的作用。只要光源切换足够快，肉眼就无法检测到它。 PWM调光正处于舞台上……

这种数字电路不能像模拟信号一样进行连续的亮度调节，而是通过闪烁形成“载波”，然后控制“亮与灭”的时间比来达到控制亮度的效果：

在每秒超过N次的闪烁中，所需的亮度越低，关闭时间的比例就越高。例如，如果要将亮度调整为10％，则只需使明亮时间占10％。 PWM调光虽然听起来像是小偷，但它具有许多优点，结构简单，精度高，亮度不变，节能且发热量低。人类的眼睛和地球上大多数生物的眼睛在连续的自然光下进化。如果通过闪烁的视觉效果调整了亮度，它会翻转吗？答案是肯定的。

尽管上面提到大多数人无法检测到80Hz以上的闪烁，但是余辉部分实际上可以检测到较高频率的闪烁。神经系统和大脑皮层可以检测到160Hz刺激。视网膜更敏感，可以是200Hz闪烁响应。已经证明这些会引起头痛，偏头痛和疲劳。

回想一下国家标准提供的频闪观测的定义（根据IEEE，这实际上是“频闪观测现象”的定义）。频闪法是“在闪烁的光源下观察连续运动的物体时，离散现象应出现在连续图像中”。当我们从屏幕上读取或移动眼睛时，由于频闪效应，裸眼可以检测到数百赫兹的闪烁。

课外阅读：利用人眼的生理特征“欺骗”视力的同一示例。最著名的绝对是一部每秒24帧的电影。在这里可以扩展一下，为什么一部电影足够24帧，而游戏要60帧呢？如果您有兴趣，可以拨开我们古老的流行科学“经典流行科学：为什么电影可以24帧，游戏60帧？” “。

人类展示历史，各种黑人历史

每个显示设备的历史记录中都有凹坑。如果年龄足够大，您可能会记得那些笨重的CRT（阴极射线管）电视和监视器。除了由阴极射线管的扫描速度引起的某些闪烁图像外，它们在印模上是否特别透明？特别华丽？

后来的LCD监视器，除了大小不一，都被CRT沿各个方向在地面上擦了擦。在早期的台式机LCD中，由于背光不良，色域覆盖范围不佳，并且视角更大。更令人恐惧的是，LCD当时的价格更高，但又小又帅（当时人类的态度就像看着真实的全屏手机一样。英俊，您可以做任何想做的事）

在等待了5、年之后，主流LCD的背光源迎头赶上，并且使用IPS面板，图像质量性能几乎没有赶上。在此期间，台式LCD屏幕经历了宽高比调整和分辨率增长。宽高比为5：4、 4：3至16:10，最终格式为16：9。分辨率从1280 * 1024到1400 * 900，最终形状为1920 * 1080。

2010年，LCD显示器的背光从CCFL（冷阴极荧光灯）过渡到LED。由于功耗和环境保护等多种因素，在接下来的2、 3年内，许多国家和地区禁止生产CCFL。然后，人类第一次感到被“ LED +低频PWM调光”统治的恐怖。大量用户发现，新显示器更令人赏心悦目，甚至更令人of积CCFL显示器。

风扇频闪测量法

如果您足够大，您应该还记得在中国流行的挥舞手，铅笔和风扇观看频闪的测试方法。掉入历史垃圾中的CCFL背光显示器几乎可以具有175Hz的所有PWM调光频率，但是它们具有明显的余辉效果（当PWM控制关闭时，它们仍会发光）。随后出现的LED背光显示器使用了低频PWM调光，频率通常在180-420 Hz之间。但是，由于LED光源的响应速度非常快，因此余辉效果接近于0，并且其频闪非常严重，以至于可以产生“频闪效应”（也就是说，它可以冻结运动物体的图像）像高速摄影一样。

一些显示器制造商抓住了商机，将“非闪烁屏幕”用作促销方法，并开始使用DC调光或DC +高频PWM调光。如今，大部分显示器仍在使用非闪烁屏幕进行宣传。

某些笔记本的屏幕参数和选通频率

一直没有良好面板喷涂的笔记本区域一直夹在台式机和手机之间。也有许多产品使用低频PWM调光。有些仅在亮度较低时才使用PWM，有些则一直使用PWM。包括联想，惠普，戴尔，小米等在内的一大堆笔记本制造商，许多新产品，甚至高端产品，仍在使用低频PWM调光（机器制造商表示强烈谴责）。

幸运的是，手机的LCD屏幕几乎不受低频PWM调光的困扰。即使某些手机的LCD屏幕的亮度波动，也不会与OLED频闪灯处于同一水平（差异将在本文的后半部分详细介绍）。但是，就像过去台式机显示器中使用PWM调光一样，当三星和LG等OLED制造商时，人类回想起被PWM统治的恐怖...

如果考虑从16：9全屏显示到18：9全屏显示，则从全屏显示到刘海平是一个倒退。从OLED屏幕使用低频PWM调光的那一刻起，它就回到了凹坑中。

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