5.3. Сои экранного типа на электронно-лучевых трубках
СОИ на ЭЛТ составляют основу комплекса управления от индивидуальных дисплеев до дисплейных терминалов коллективного пользования. Обычные дисплеи или мониторы построены как телевизоры на электронно-лучевой трубке – ЭЛТ. Отличаются от них только отсутствием радиоканала, лучшим разрешением и способностью работать со стандартными видеоизображениями для ПК. Широкое распространение электроннолучевые СОИ получили благодаря: высокой надёжности, значительному сроку службы (не менее 1000 часов непрерывной работы), небольшому потреблению мощности при высокой яркости свечения, широкой возможности варьирования размеров, плотности, формы и цвета знаков при различных условиях внешней освещённости. Качество воспроизведения оптических знаков данным типом СОИ определяется материалом экрана (люминофора) на котором формируется знак, ИМ, методом формирования изображения – матричном (кадровом) или растровом (строчном), наличием антибликового покрытия, размером экрана, разрешающей способностью или чёткостью изображения, яркостью свечения и КЧМ или частотой регенерации изображений. В матричных СОИ знак и ИМ отображаются отдельными элементами одинаковой формы и размеров. В СОИ растрового типа электролюминофоры различных цветов свечения позволяют производить раздельную или одновременную коммутацию каждого цвета, т. е. получать различные цветовые состояния. Растровые экраны обеспечивают возможность многомерного кодирования, при этом общую форму знака можно использовать для кодирования типа объекта, изменения цвета его свечения – для кодирования различных состояний (норма, предаварийное, аварийное, работа резервного оборудования), при этом изменения цвета фона может быть применено для кодирования важности данных сведений и т. п.
Размеры, отображаемых цифро-буквенных изображений, а следовательно, и число знакомест Кзн на экране ЭЛТ с учётом их оптимального восприятия и опознания следует рассчитывать по формуле:
,
где Нэ, Шэ–высота и ширина экрана, мм; L–расстояние до объекта слежения – 560 – 760мм, а=0,3 – 0,6, в=0,1 – 0,5, с=0,65 – 0,72 – безразмерные коэффициенты; – угол поля зрения, зависящий от сложности распознания символов (знаков), 15 – 400.
Разрешающая
способность
определяется максимальным числом
штрихов или точек (toi),
воспроизводимых экраном и размещаемых
на единицу длины. Для зрительного
ощущения однородности знака штрихов
на миллиметр должно быть от 2,5 до 5,1 toi,
что выше разрешающей способности глаз,
т.е. в угловых размерах менее 1/.
Оптимальная разрешающая способность
должна превышать различительную
чувствительность глаз и составлять:
.
При оценке эргономичности показателей ЭЛТ в различных режимах эксплуатации следует учитывать мощность дозы рентгеновского излучения трубки, которая не должна превышать 100мкР/ч в любой точке перед экраном на расстоянии 100мм от его поверхности.
5.4. Жидкокристаллические (жки) сои
Электронно-лучевая трубка представляет собой довольно громоздкое устройство, поэтому в последние 10 лет начали уделять активное внимание ПК с жидкокристаллической основой, принцип действия которых основан на поляризации света некоторыми веществами – DMD (микрозеркала), LCD, LCOS (жидкие кристаллы на кремниевой подложке). Изменяя напряжение можно варьировать степень прозрачности кристаллов, моделируя тем самым изображение. Положительными характеристиками данного типа СОИ являются простота изготовления и низкая энергоёмкость, а недостатком –инерционность, неравномерность цветового и яркостного контраста. Ещё несколько лет назад применялись только портативные жидкокристаллические СОИ, а сейчас уже появились плоские жидкокристаллические экраны проекционного типа или панели LCD, DLP, OEM, изображение на которых формируется с помощью проекторов. При плоской конструкции и любых габаритах портативные СОИ имеют большой угол наблюдения, т. е. воспринимаются в широком диапазоне углов без искажений и существенной потери яркости. Однако проекционные экраны коллективного пользования с размерами, позволяющими без зрительного утомления регистрировать информацию, пока мало распространенны вследствие высокой стоимости. Тенденции развития компьютерной индустрии однако позволяют предположить, что уже в ближайших десятилетиях для операторских VDT, мнемосхем будут применяться проекционные панели. Достоинствами проекторов, уже на данном этапе развития, является создание изображений на экране с высокой разрешающей способностью, портативность, небольшой вес.
Стандартные виды разрешений, применяемых до последнего времени в видиодисплейных системах – VGA 640x480 toi, SVGA 800x600 toi, XGA 1024x768 toi, соответствуют соотношению сторон экрана 4:3, а разрешение 1280х1024 toi – 5:4. Для показа изображений на всей площади панели LCD–мониторов с четкой дискретной структурой и экранов с минимальным искажением сигналов необходимо, чтобы соотношение сторон мониторов было одинаковым – 1:1, 2:2 и т.д.. В настоящее время выпускаются проекторы с разрешением 800х600toi и соотношением сторон 4:3, к 2003г. основную долю соствляли проекторы с разрешением 1024х768, 1280х1024, 1365х1024 toi, и далее 1600х1200 toi. Для информационного поиска наиболее оптимально соотношение сторон монитора или экрана – 2:3, 3:4.
Частоту регенерации изображения (ЧР), определяющую скорость формирования ИМ следует выбирать в зависимости от сложности ИМ и времени наблюдения её оператором. Однако здесь возникает проблема согласования ЧР и характеристик оборудования. Так, более высокая ЧР снижает мерцание экрана, но при превышении порога – 100Гц изображение может стать непригодным для использования, а оборудование может быть повреждено, поэтому следует использовать частоту 70 – 90Гц.. Минимальная частота обновления составляет 60 Герц, хотя при работе в помещения с люминесцентным освещением в периферических областях глаз будет заметно мигание экрана. При оформлении экрана в обратном контрасте ЧР может быть меньше.
Для кодирования информация в ВДТ наиболее оптимально использовать КЧС или ЧР и цвет. КЧСМ имеет миллионы хорошо распознаваемых человеком оттенков, связанных с изменением яркости объекта и, поэтому оптимальна в качестве кода. Цвет, в свою очередь, применяется при форматировании данных и как эстетический фактор. Наиболее эффективным способом кодирования цвет выступает в заданиях, где идентификация, декодирование и время ответа должны быть сведены к минимуму.
Одной из основных проблем цветового кодирования в компьютерных системах является использование цвета в VDT. Стандартный персональный компьютер, например, IBM способен отобразить 256000 цветов, а солнечные станции отображают на дисплеи 16,8 миллионов оттенков. При задании цветовых параметров такая система трактует их самостоятельно из миллионов оттенков, а человек распознаёт не более 250 и, следовательно, оказывается, что использованный системой цвет не совпадает с заданным пользователем. Таким образом, на данный момент нерационально применять такие аппаратные средства, т.к. человеческий мозг не в состоянии придавать им смысл.
Предельное число цветов зависит от используемого монитора и видеоадаптера. При выборе варианта High Color (16 бит) отображается более 65 000 цветов. Вариант True Color (32 бита) допускает отображение более чем 16 миллионов цветов. Отображение большого числа цветов требуется значительного использования ресурсов процессора. Поскольку особенностью операторской деятельности является сменная работа, работа в разных световых условиях и групповая деятельность, то цветовую палитру следует задавать с учётом этих характеристик для каждого из установленных в сеть мониторов отдельно. В различных операционных средах (ОС), ПО, аппаратных средствах способы цветопередачи изображения отличаются. Каждая часть оборудования видеодисплейного терминала (монитор, блок питания, сканер, принтер) может иметь различные области воспроизводимых ими цветов, называемый цветовым диапазоном устройства. Поэтому картинка, отображаемая монитором, может не соответствовать по цветовому диапазону изображения на отпечатанной странице. Этот фактор следует особенно учитывать при конструкторском и дизайнерском проектировании систем управления. В каждой ВДТ системе необходимо согласовывать параметры оборудования с помощью функции системы управления цветом (CMS), которая может минимизировать различия в цветовых диапазонах или преобразовать их из одной цветной модели в другую (например, из RGB в CMYK). Без системы CMS каждое используемое приложение генерирует свой собственный цветовой профиль так, что приводит к искажению цветов на разных типах оборудования. В ОС Windows, например, поддерживается четыре способа передачи изображения:
Естественность, согласно которой все цвета одного диапазона форматируются в соответствии с требуемым цветовым диапазоном. Этот способ гарантирует точное воспроизводство фото- и графических изображений с сохранением цветовых контрастов;
Насыщенность, которая обеспечивает четкость воспроизведение графиков, круговых диаграмм, сохраняющуюся при изменении цветовых диапазонов.
Относительная цветопередача применяется при необходимости точного сопоставления небольшого числа цветов, и поэтому оптимальна для логотипов.
Абсолютная цветопередача используется для сопоставления с аппаратно-независимыми цветовыми моделями, например, принтерами, в результате гарантирующая идентичность цифрового и распечатанного изображения.
В технических устройствах, в т.ч. различных информационных моделях, VDT, средствах печати, фотоэлементах используются следующие способы воспроизведения цвета: Black and White (чёрно-белый), Grayscale (Полутоновая Шкала), HSB, RGB, CMYK, Duotone, CIE. Наиболее распространены модели HSB, RGB, CMYK и CIE. Цветная модель является системой получения и определения цветов согласно их характеристикам, которые могут воспроизвести технические средства. Следует помнить, что при цветовом решении визуальной информации главную роль играет не "естественность" цветов, а точность, скорость, надёжность и комфортность цветоощущений.
В настоящие время международные и национальные нормы эргономической безопасности цветового оформления частично разработаны только для технологического оборудования, а применительно к цветным ВДТ (VDT) утверждённых стандартов практически не имеется. При определении цветового диапазона следует учитывать степень точности выполняемой работы, различную чувствительность центральных и периферических участков сетчатки глаза к цвету экрана монитора и его окружению, пространственному расположению, цветовым, яркостным контрастом и временем воздействия.
Некоторые рекомендации цветового оформления экрана монитора или окна программы приведены ниже:
ограничить количество используемых цветов в соответствии с объёмом оперативной памяти пользователя;
для точного распознания информации ограничить количество контрастных соотношений, например, жёлтый – синий, так как по истечении 15 мин концентрированного восприятия появляются признаки зрительного напряжения. Следует избегать слабоконтрастных соотношений типа жёлтый на белом или тёмно-синий на чёрном. Для оптимальных размеров символов наиболее благоприятным считается прямой контраст с коэффициентом контрастности 5 – 10, а при обратном – 8 – 12 единиц. Для экрана, ближайшего и дальнего окружения яркостная контрастность должна составлять 5:2:1;
повысить удобочитаемость информации можно путём решения переднего плана и фона в одной цветовой гамме, отличающейся насыщенностью.
ограничить применение синего цвета для текстовой информации, простейших чертежей и графиков на экране монитора, несмотря на традиционность его использования как информационного цвета, так как центральная часть сетчатки глаза малочувствительна к нему. По опытным данным, многие пользователи не могут сфокусировать глаза на объектах синего цвета, а например, в справочной системе Microsoft Windows применяется именно эта цветовая гамма, что уже предопределяет повышенную зрительную напряжённость работы с этой системой. Если синий цвет, согласно проекту, должен использоваться на переднем плане, то его следует смешивать с зелёным. Однако в периферических областях зрения синий цвет распознаётся хорошо и поэтому он оптимален в качестве цвета фона. Это положение относится и к жёлтому цвету;
для обеспечения одинакового зрительного ощущения кротко- и длинноволновых цветов необходимо, чтобы интенсивность синего излучения была в 6, а красного – в 9,3 раза больше жёлто-зелёного излучения;
ограниченно располагать сигнальную информацию зелёного и красного цвета без звукового дублирования в периферических областях мониторов, особенно с размерами экранов – 17, 20 дюймов и выше;
применять чёрно-белую комбинацию для текстовой информации, как наиболее удобочитаемой, так как чтение цветного текста протекает медленнее и более подвержено ошибочному восприятию;
не следует размещать символы, образованных комбинацией основных цветов около краёв и углов экрана, так как они могут восприниматься нечётко.
Перечень рекомендаций можно продолжить, однако всегда следует помнить, что он должен согласовываться с индивидуальным психофизиологическим профилем и спецификой деятельности оператора, которые может реализовать на практике только специалист, знакомый с законами цветоведения, а это дизайнер промышленного или графического профиля.
Для жидкокристаллических дисплеев при нормальном эксплуатационном режиме рекомендуется принимать во внимание эргономические требования, приведенные в табл. 5.5.
Таблица 5.5.
Эргономические характеристики дисплеев для дистанции
наблюдения 400–760мм
Наименование показателя |
Норма |
Размер полезной площади экрана: линейный, мм (дюйм) |
390 (15) |
угловой, град,0 |
15–30 |
Разрешение, пиксель |
1280х1024 |
Соотношение сторон экрана |
2:3–3:4 |
Растровая цветная модуляция |
0,7 |
Высота пиктрограмм (иконок) |
минимум –16', предпочтительно 20' –22' |
Ширина штриха символа |
1/6 –1/12 высоты символа |
Ширина символа по отношению к высоте: требуемая рекомендуемая |
0,5:1 и 1:1 0,7:1 и 0,9:1 |
Приписки и надстрочные индексы минимум матрица |
4x5 |
Отклонение размеров символов в тексте |
не более 5% |
Минимальное расстояние между символами и строками, пиксель |
один или ширина штриха |
Нелинейность по длине колонки/столбца |
не более 2%–5% от высоты символа |
Ортогональность |
менее 0,02 |
Масштабные искажения (нелинейность, сдвиг, конусность и т.д.), % |
менее 3 |
Для полиграфической вёрстки, работы дизайнеров и инженеров с графическими САПР, операторов АСУ требуются экраны с площадью не менее 430мм (17дюймов).
Итак, применение дисплеев позволяет: экономить место на панелях (за счёт резкого сокращения СОИ), получить выигрыш в точности и скорости восприятия, получить качественную оценку и наглядное сопоставление расчётных данных с фактическими и тем самым более эффективно решать задачи управления с минимальными психофизиологическими напряжениями. Дисплеи дают оператору полное представление об общей ситуации и позволяют прогнозировать её развитие.