《Applied Sciences》：Robust Tilapia Disease Diagnosis Based on Prompt-Enhanced Segment Anything Model and Neuro-Fuzzy Inference
编辑推荐：
发光二极管（LED）照明中由时域光调制（TLM）引起的频闪效应和幻影阵列效应是重要的时域光伪影（TLA），可影响视觉感知、任务表现和视觉舒适度。本综述系统分析了1998年至2024年间发表的40项研究，全面概述了这两种效应的当前认知。所综述的文献涵盖了可见性阈
发光二极管（LED）照明中由时域光调制（TLM）引起的频闪效应和幻影阵列效应是重要的时域光伪影（TLA），可影响视觉感知、任务表现和视觉舒适度。本综述系统分析了1998年至2024年间发表的40项研究，全面概述了这两种效应的当前认知。所综述的文献涵盖了可见性阈值、影响参数、实验方法和评估指标。分析表明，频闪效应的可见性阈值通常在550至1000 Hz范围内，而幻影阵列效应的阈值可能延伸至10–15 kHz，表明潜在的感知机制存在显著差异。除调制频率外，调制深度、波形、占空比、亮度、视网膜图像运动和观察者因素已被确定为可见性的重要决定因素。该综述进一步强调了各项研究间的方法学差异，包括实验设计、刺激生成、参与者特征和心理学程序的差异。尽管频闪可见性度量（SVM）为评估频闪效应提供了标准化框架，但目前尚无针对幻影阵列效应的同等验证指标。该综述指出了关于影响参数相互作用以及缺乏标准化评估方法的主要知识空白。未来的研究应侧重于建立统一的实验协议，并为幻影阵列效应开发鲁棒的度量指标，以支持全面照明标准，保护视觉舒适度、福祉和消费者健康。
- 1.
引言
脉冲宽度调制（PWM）是控制发光二极管（LED）亮度和调光的常用方法，但会引入时域光伪影（TLA），如频闪效应和幻影阵列效应。这些现象表现为视觉感知的空间畸变，例如在运动物体上出现分段轨迹或在快速眼动（扫视）期间将静止光源感知为多个离散图像。随着LED技术的普及，对这些现象的理解变得至关重要。现有研究报告的可见性阈值范围较广，反映了实验方法学和刺激特性的差异。虽然频闪可见性度量（SVM）提供了评估频闪效应的标准化框架，但幻影阵列效应仍缺乏普遍接受的度量指标。本文旨在通过综合现有研究，明确开放性问题和方法局限性，支持标准化评估程序的发展。
- 2.
方法
本研究遵循Webster和Watson（2002）的方法框架，进行了结构化文献综述。检索数据库包括Google Scholar、EBSCOhost和Web of Science，时间范围为1998年1月至2024年12月。使用关键词“Stroboscopic Effect”、“Phantom Array Effect”和“Temporal Light Artifacts”与逻辑运算符“AND”及术语“LED”、“Light”或“Luminaire”组合进行检索。初步筛选基于标题、关键词和摘要，优先考虑实验室研究和一般调查，排除会议论文、评论、演讲和主要关于闪烁的研究。通过引文追踪识别的文章均经过相关性筛选，较早的研究仅在其提供基础性见解时被纳入。
- 3.
结果
3.1 频闪效应——概述
频闪效应的研究主要探讨不同参数下的感知阈值，并开发量化该效应对人类影响的度量指标。Bullough等人（2011）得出结论，该效应的感知不仅取决于光调制频率，还取决于调制深度和占空比，且在高频和低调制深度下感知较弱。Tu等人（2013）发现，随着频率增加，频闪效应的可见性降低，在750 Hz以上无法察觉，且中国人和欧洲受试者之间没有显著差异。Polin（2015）在办公室环境下发现，频闪效应在高达700 Hz的频率下可被识别，建议频率高于550 Hz。Wang等人（2015）证实，检测概率受频率、照度水平、波形和运动物体速度的影响，可见性阈值与调制深度和占空比呈U形关系，最小值出现在30%调制深度和10–100 lx照度之间。SVM指标基于频率求和理论，表示为各傅里叶分量能量之和的3.7次方根除以相应频率的可见性阈值，再取3.7次方根，该指标已成为评估频闪效应的主要标准化度量。然而，SVM的有效性主要在实验室高照度条件下确立，其在低光或动态真实环境中的适用性有限。此外，短期暴露于调制光会导致脑电波变化、瞳孔大小和临界闪烁融合频率改变，引起疲劳和认知性能下降。长期暴露研究未发现显著抱怨增加，但证据仍有限。
3.2 频闪效应——实验设置
最常用的检测装置是一个带有白点的黑色旋转圆盘，观察者在有利条件下会看到沿圆周分布的多个白点。许多研究采用了直径27 cm的圆盘，转速4 rps，照度500 lx，相关色温4800 K。也有研究使用垂直装置，如机械节拍器或白色摆杆，以比较水平和垂直光照条件的差异。部分研究在现实场景中测试，如电子车间或开放式工作区，或使用办公任务模拟环境。实验方法差异较大，包括运动任务和注视控制的不同，这限制了结果的跨研究可比性。
3.3 频闪效应——实验流程
大多数研究采用受试者实验，参与者数量最少为10人，最多85人，平均约25人。性别比例总体平衡但略有偏差，男性略多于女性。受试者年龄介于19至76岁，平均约32岁。主要采用恒定刺激法或阶梯法确定感知阈值，部分研究使用参考光源进行比较。测试持续时间从20分钟到5小时不等。部分研究还评估了效应的可接受性，使用量表让受试者评价烦扰程度。
3.4 幻影阵列效应——概述
幻影阵列效应发生在扫视眼动过程中，观察者将调制的点光源感知为一系列空间扩展的光斑。研究表明，其可见性阈值频率差异很大，早期研究认为可达500 Hz，而近期研究报道年轻成年人的平均阈值约为10 kHz，部分敏感个体甚至超过15 kHz。阈值频率随亮度对数增加而升高，随占空比增大和照度降低而降低。光束尺寸增大会降低可见性，较小且边缘锐利的光源更容易触发效应。颜色也起作用，绿光比红光和蓝光更易引发效应。此外，水平扫视的阈值频率高于垂直扫视。现实场景如夜间驾驶中，汽车LED尾灯可能引发该效应。最近提出的幻影阵列可见性度量（PAVM）基于傅里叶分解和 Minkowski 求和（指数2.1），旨在量化幻影阵列效应的可见性，但尚未广泛验证。与频闪效应不同，幻影阵列效应缺乏广泛接受的标准化度量，主要因其感知机制更复杂，依赖于扫视眼动、观看几何、刺激尺寸和亮度分布等多种因素。
3.5 幻影阵列效应——实验设置
典型实验设置要求受试者在两个注视点之间交替注视，产生水平扫视，同时光源位于注视点之间。常用装置包括黑色屏幕上的绿色线条或LED点光源，背景暗淡。部分研究使用眼动仪记录眼动，或采用间接照明场景，如照亮白色测试条。为了模拟实际条件，有研究在道路交叉口进行实车测试，或使用旋转圆盘结合红色LED研究混合的“频闪-幻影阵列效应”。
3.6 幻影阵列效应——测试流程
参与人数在3至55人之间，平均约22人。性别分布总体均衡。受试者通常为视力正常或矫正至正常的年轻人，排除了严重眼疾或偏头痛患者（尽管少数研究专门纳入偏头痛群体）。实验程序包括2-备选强制选择（2AFC）任务、加权升降阶梯法等。每个受试者通常接受多次试验，以防止疲劳。
3.7 LED驱动技术与时域光伪影生成
LED驱动电路的特性直接影响TLAs的生成。大多数商用驱动器采用PWM技术，其频率、控制算法和拓扑结构显著影响TLM波形。高频PWM可减少可见调制，而低频则增加伪影可见性。混合调光技术（结合PWM和恒流减小或模拟调制）可平滑调光并减少感知伪影。光学组件如滤光片、扩散器和透镜系统也能与驱动产生的调制相互作用，塑造最终光输出。然而，现有研究很少孤立驱动技术的影响。
3.8 研究方法学分析
不同研究在可见性阈值定义上存在显著差异，有的基于简单检测，有的基于干扰或不适。实验刺激配置也不同，包括运动类型、速度、轨迹和波形特性。观察者因素处理不一致，特别是幻影阵列实验中扫视眼动的控制情况各异。测量方法包括主观心理物理方法和客观建模技术，但预测指标的系统验证有限。这些方法论差异阻碍了重现性和统一评估框架的建立。
- 4.
研究空白识别
4.1 频闪效应——基础研究
需要增加受试者数量和平衡年龄性别组，以减少个体差异带来的方差。关键参数如调制深度、占空比、波形和照度的影响仍需进一步研究，特别是U形关系的验证。波形类型的影响尚未完全明确，需要数学原理的探索。此外，时间因素（一天中的时间）和实验时长导致的疲劳可能影响感知，但证据有限。个体敏感性差异（年龄、性别、视觉特征、健康状况）对检测结果的影响复杂，需要更多样化的参与者群体。评估效应可接受性时，SVM与接受度之间缺乏显著相关性，未来需针对特定应用场景确定接受阈值。SVM作为唯一指标可能不足，需要考虑替代指标如紧凑闪烁度（CFD）方法。
4.2 频闪效应——现场研究
需要探索更多实际场景，如夜间驾驶、工业环境和体育照明。补充光源和自然日光对感知的影响尚未研究。短期和长期健康影响需要进一步量化，特别是在真实办公环境中。
4.3 幻影阵列效应——基础研究
个体敏感性差异显著，偏头痛患者对幻影阵列效应更敏感。时间因素（昼夜）可能影响感知，但缺乏研究。关键参数如频率、占空比、调制深度、亮度和颜色的影响需要更广泛的范围验证。空间配置（直接/间接照明、刺激形状、距离）的作用尚不清楚。混合频闪-幻影阵列效应需要新的评估模型。度量开发方面，PAVM是初步尝试，但需进一步验证和改进。
4.4 幻影阵列效应——现场研究
实际场景如夜间驾驶和剧院照明的相关性需要评估。效应的可见性和用户接受度在现实环境中难以表征，需要结合主观和客观测量。健康影响，特别是短期和长期后果，几乎未被研究。
4.5 研究空白总结
当前研究分为两个独立领域，缺乏统一解释。主要挑战来自不一致的方法学、LED驱动技术考虑不全面和感知度量验证有限。本综述通过整合两个领域的研究，为未来标准化提供基础。
- 5.
结论
时域光伪影如频闪效应和幻影阵列效应可在PWM驱动的LED中出现。本综述系统回顾了40项研究，指出方法学差异是阈值报告不一致的主要来源。可见性不能仅由频率定义，而是多种参数复杂相互作用的结果。频率（最高至kHz范围）和调制深度是实际应用中最关键的缓解因素。未来研究需要标准化实验协议、开发统一度量（如PAVM和CFD）、并关注真实世界场景和个体差异。这将有助于制造商、政策制定者和消费者更好地理解和控制时域光伪影，保障视觉健康和舒适。
