人間の視覚認識の速度制限に対する 5 つの答え

人間の視覚認識の速度は驚くほど難しいテーマであり、単一の答えはありません。どのような種類の速度を調べたいかによって異なります。ここでは、視覚の 5 つの魅力的な側面を分析し、私たちが見ることができる現在の既知の速度制限に対する答えを示します。楽しんでください。

1. 閃光を知覚できる最短時間はどれくらいですか?

科学における多くの興味深い答えと同様、これは偶然に現れ、誰もが想像していたものをはるかに超えていることが判明しました。

宇宙空間にいる複数の宇宙飛行士は、目を閉じていても、短い斑点や一瞬の光の筋これらは数分ごとに発生します。高エネルギー宇宙粒子と呼ばれる最近発見された現象を見ていることが判明したこれらは、既知の宇宙で最も速く移動する質量です。

このエキゾチックな粒子は、私たちの天の川銀河のどこかからやって来ますが、光速に非常に近い速度で移動するため、粒子を加速するのに必要なエネルギーは天体物理学で知られているものを超えています。2 つの超巨大ブラックホールが衝突しても近づくことはできません。それらが地球の大気圏に衝突すると、そのエネルギーは無数の新しい粒子 (E = mc²) に変換されます。

ここで重要なのは、このような極端な速度では、人間の視覚を通してこのような高エネルギー粒子を認識するのに必要な時間はフェムト秒、つまり文字通り1000 分の 1 秒であるということです。

フラッシュが明るいほど、検出に必要な時間が短くなります。宇宙空間では光害は無視できるため、明暗のコントラストは可能な最大値に近くなります。

しかし、現時点では、高エネルギー粒子を見る神経生物学的メカニズムは理解されていません。これにはおそらく、何百万もの異なるニューロンが感覚入力を潜在的に認識できるが、認識の数が少ないほど、認識の精度が低くなるという事実が関係しています。単一の光子を検出できる可能性があることを示していますが、これは確率的な出来事です。

2. 流体の動きを認識するにはどれくらいの「FPS」が必要ですか?

一般的に「FPS」として知られる「1 秒あたりのフレーム数」は、コンピュータ画面、テレビ、カメラなどのビジュアル テクノロジの一般的なベンチマークです。それは人間にとっても有益な手段であることが判明しました。

この質問に対する答えは、映画の発明後の 19 世紀末に発見されました。初期の映画会社は、脳をだまして画面上の動きを連続的に認識させるには 16 FPS が最低値であることを発見しました。ここでは、私たちの脳がどのようにして別々の画像を貼り合わせて、映画 (24 FPS) や一般的なコンピューター ディスプレイ (60 FPS) の速度で動きを作り出すかについてのアイデアを得ることができます。

これは驚くほど低く、たとえば鳥などの動きを認識するだけで少なくとも 75 FPS を必要とします。彼らにとって、テレビを見ることは、一連の個別の静止画像を見ることと同じです。

この人間の能力は、実際、私たちの脳が感覚情報を外挿するために必要な視覚情報がいかに少ないかについて、深い何かを表しています。これは精神物理学の研究からの例です。

ご覧のとおり、私たちは内部モデル。私たちの視覚中枢が重労働を行ってくれます。

3. 1 秒間に何回の光のフラッシュが必要か 光が連続しているものとして認識します。

ここでの答えはフリッカー フュージョンしきい値で、これも映画の初期の先駆者から得られたものです。たとえ 16 FPS で動きを認識できたとしても、この速度での画面の点滅は耐えられないと考えられました。史上初めて作られた映画の例です。

この問題を解決するために、個々の画像フレームを実際に連続して複数回フラッシュする新しいシャッター技術が開発されました。点滅が快適で比較的目立たなくなる速度は、1 秒あたり約 46 回の点滅でした。

したがって、光のパルスを意識的に知覚する私たちの能力は、FPS の観点から見ると、動作する能力の約 3 倍の速度で動作します。つまり、私たちは動きよりも明るさに対してはるかに敏感なのです。

4. 光の不在をどれくらい早く感知できるでしょうか?

言い換えれば、連続光の中の黒い閃光をどれだけ早く検出できるかということです。この分野では、加齢に伴う視力の変性を調査するために、若者と高齢者を対象とした研究が行われました。検出には、若年層では 18 ミリ秒、高齢者では 22 ミリ秒のタイムスケールがかかることが判明しました。

これは、1 つの暗いフレームが目立たなくなるか、ちらつきがなくなる場合、45 ～ 55 FPS に相当します。ここで注意していただきたいのは、これは平均であり、個々の結果は大きく異なるということです。

小規模な研究グループであっても、一部の参加者は 500 FPS (または 2 ミリ秒) の光のフラッシュの中から 1 つの黒いフラッシュを見つけることができました。繰り返しますが、これは非常に高速です。それに比べて、まばたきには 100 ～ 400 ミリ秒かかりますが、これは一般に意識的な経験から割り引かれています。

5. シーンを識別できるようになるまで、どれくらいの時間、そのシーンを見る必要がありますか?

2014 年からの高速画像認識に関する研究により、これまで考えられていたよりもはるかに短い時間スケールで特定のシーンを検出できることが判明しました。ランダム化されたさまざまな画像（家、犬、森など）を高速で連続してフラッシュする実験では、被験者はわずか 13 ミリ秒で特定のシーンを認識または思い出すことができました。

これは、1 秒間に 75 枚の異なる画像が表示され、特定の画像が存在するかどうかをある程度の信頼性を持って判断できることを意味します。これが実際にどれほど驚くべき速さであるかを自分の目で確認してください。

興味深いことに、これは限界であることが判明したのではなく、単に当時研究者が画像を表示できる最速であったということです。

さて、これで終わりです。人間の視覚は思っていたよりも深くて神秘的であり、それが本当に驚くべきものであることを学んでいただければ幸いです。さらに詳しく知りたい場合は、 TechLaboratoriesさらに詳しく説明しています。