O que você quer é basicamente impossível com o hardware que você tem. Você pode criar um vídeo com 600 quadros por segundo sem problemas, mas nenhum monitor do consumidor pode reproduzir isso. Os monitores de computador comuns têm taxas de atualização de 60 a 100 Hz , sendo os monitores com melhor desempenho 3D que podem exibir até 120 Hz.
Então, o que acontece é que você vê uma interpolação do vídeo real, onde apenas alguns dos quadros são exibidos.
Note que os humanos já percebem imagens individuais como movimento com taxas de quadros em torno de 10 a 15 Hz. Isso pode não ser tão pronunciado com imagens em preto e branco de alto contraste, mas subir até 60 Hz ou mais é desnecessário. Assim que a duração de um quadro individual for inferior a 13 milissegundos (o que equivale a 60 Hz), ele não será reconhecível como tal - e isso deve responder à sua pergunta.
Para ser preciso, você pode não querer perguntar quando o olho humano percebe a imagem, mas o sistema visual humano como um aparato complexo. O olho pode muito bem ser capaz de captar a imagem, mas o cérebro não precisa lidar com isso porque está muito além do limite do que é útil para processá-lo.
Se você quiser material de pesquisa sobre esse assunto, recomendo que leia algo ao longo desses artigos:
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Potter, Mary C., et al. "Detectando significado no RSVP a 13 ms por imagem." Atenção, Percepção, & Psicofísica (2013): 1-10.
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Watson, Andrew B. "Sensibilidade temporal". Manual de percepção e desempenho humano 1 (1986): 6-1.
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Thompson, Peter e Leland S. Stone. "O contraste afeta a cintilação e a percepção da velocidade de maneira diferente". Pesquisa de visão 37.10 (1997): 1255-1260.