5 risposte ai limiti di velocità della percezione visiva umana

La velocità della percezione visiva umana è un argomento sorprendentemente complicato, senza una risposta univoca. Dipende dal tipo di velocità che vuoi guardare. Qui analizzeremo 5 affascinanti aspetti della visione e daremo risposte agli attuali limiti di velocità conosciuti di ciò che possiamo vedere: buon divertimento!

1. Qual è il lasso di tempo più breve in cui possiamo percepire un lampo di luce?

Come molte risposte interessanti nel campo della scienza, questa è arrivata per caso e si è rivelata ben oltre ciò che chiunque avrebbe immaginato.

Diversi astronauti nello spazio hanno riferito di aver visto anomalie inspiegabili di punti estremamente brevi e fugaci strisce di luce , anche con gli occhi chiusi. Questi si sarebbero verificati ogni pochi minuti. Si è scoperto che stavano osservando un fenomeno scoperto di recente chiamato particelle cosmiche ad alta energia. Queste sono di gran lunga le masse in movimento più veloci nell'universo conosciuto.

Le particelle esotiche provengono da qualche parte nella nostra galassia, la Via Lattea, ma possono viaggiare così vicino alla velocità della luce, che l'energia necessaria per accelerarle è superiore a qualsiasi cosa conosciuta in astrofisica: nemmeno due buchi neri super massicci in collisione si avvicinerebbero! Quando colpiscono l'atmosfera terrestre, la loro energia si trasforma in miriadi di nuove particelle (E = mc²).

Il punto qui è che a questa velocità estrema, il tempo necessario per percepire particelle di energia così elevata attraverso la visione umana è dell'ordine dei femtosecondi - letteralmente quadrilionesimi di secondo!

Più luminoso è il flash, meno tempo è necessario per rilevarlo. Nello spazio l'inquinamento luminoso è trascurabile, quindi il contrasto tra luce e buio è vicino al massimo possibile.

Tuttavia attualmente non si conoscono i meccanismi neurobiologici che portano alla visione delle particelle ad alta energia. Probabilmente implica il fatto che milioni di neuroni diversi possono potenzialmente captare un input sensoriale, ma meno lo fanno, meno accurata è la percezione. Alcune ricerche mostrano che i nostri occhi possono potenzialmente rilevare un singolo fotone , ma questo è un evento probabilistico.

2. Di quanti 'FPS' abbiamo bisogno per percepire il movimento fluido?

I "fotogrammi al secondo", comunemente noti come "FPS", sono il punto di riferimento comune per le nostre tecnologie visive come schermi di computer, televisori e fotocamere. Risulta essere una misura utile anche per gli esseri umani.

La risposta a questa domanda fu trovata alla fine del XIX secolo in seguito all'invenzione del cinema. Le prime società cinematografiche scoprirono che 16 FPS erano il minimo indispensabile per indurre il cervello a vedere il movimento sullo schermo come continuo. Qui possiamo avere un'idea di come il nostro cervello unisce immagini separate in movimento alla velocità dei film (24 FPS) e dei tipici display dei computer (60 FPS).

Questo è sorprendentemente basso, ad esempio molti animali, come gli uccelli , richiedono almeno 75 FPS solo per percepire il movimento. Per loro, guardare la TV equivale a vedere una sequenza di immagini statiche separate.

Questa capacità umana rappresenta in realtà qualcosa di profondo riguardo alla quantità di informazioni visive di cui il nostro cervello ha bisogno per estrapolare informazioni sensoriali. Ecco un esempio tratto dallo studio psicofisico.

Come puoi vedere, possiamo costruire un modello interno di movimento da una quantità sorprendentemente piccola di segnali: i nostri centri visivi fanno il lavoro pesante per noi!

3. Quanti lampi di luce sono necessari al secondo Considera la luce come continua.

La risposta qui si chiama Flicker Fusion Threshold e viene anch'essa dai primi pionieri del cinema. Anche se il movimento poteva essere percepito a 16 FPS, il lampeggio dello schermo a questa velocità era considerato insopportabile. Ecco un esempio tratto dal primo film mai realizzato .

Per risolvere questo problema è stata sviluppata una nuova tecnologia dell'otturatore per far lampeggiare effettivamente ogni singolo fotogramma dell'immagine più volte in successione. La velocità con cui il lampeggio diventava confortevole e relativamente impercettibile era di circa 46 lampeggi al secondo.

Pertanto, la nostra capacità di percepire consapevolmente gli impulsi di luce opera a una velocità circa tre volte superiore alla nostra capacità di movimento in termini di FPS. In breve, siamo molto più sensibili alla luminanza che al movimento.

4. Quanto velocemente possiamo percepire un'assenza di luce?

In altre parole, quanto velocemente possiamo rilevare un lampo nero in mezzo alla luce continua? In quest'area sono state condotte ricerche su persone giovani e anziane per studiare la degenerazione della vista con l'invecchiamento. È stato riscontrato che il rilevamento avviene su una scala temporale di 18 millisecondi per gli adulti più giovani e di 22 millisecondi per gli adulti più anziani.

Ciò si traduce in un valore compreso tra 45 e 55 FPS, quando 1 fotogramma scuro diventa impercettibile o privo di sfarfallio. L'avvertenza qui è che questa era la media, ma i risultati individuali variavano in modo significativo.

Anche in un piccolo gruppo di studio, alcuni partecipanti sono stati in grado di individuare un singolo lampo nero tra 500 FPS di lampi di luce (o 2 millisecondi). Ancora una volta, questo è estremamente veloce. In confronto, ci vogliono 100-400 millisecondi per battere le palpebre, un valore comunemente escluso dall'esperienza cosciente.

5. Quanto tempo abbiamo bisogno di vedere una scena per poterla identificare?

La ricerca del 2014 sul riconoscimento rapido delle immagini ha scoperto che possiamo rilevare scene specifiche in tempi molto più brevi di quanto si pensasse in precedenza. Negli esperimenti in cui diverse immagini casuali (ad esempio una casa, un cane, una foresta, ecc.) vengono proiettate in rapida successione, i soggetti sono in grado di riconoscere o ricordare una scena specifica in appena 13 millisecondi.

Ciò significa vedere 75 immagini diverse in un solo secondo ed essere in grado di dire con una certa affidabilità se un'immagine specifica era presente o meno. Puoi vedere tu stesso quanto sia straordinariamente veloce.

È interessante notare che questo non era il limite, era semplicemente il tempo più veloce in cui i ricercatori potevano visualizzare le immagini in quel momento.

Bene, eccoci qui, si spera che tu abbia imparato che la visione umana è più profonda e misteriosa di quanto pensavi una volta, e che è davvero straordinaria. Se desideri approfondire, questo fantastico video YouTube di TechLaboratories approfondisce ulteriormente.