5.6. Способы кодирование зрительной информации

В

Таблица 5.6.

Виды и количественные характеристики алфавитов

Кодовый знак	Длина алфавита, шт.
Абстрактные знаки	200–1000
Геометрические формы	8–16
Лингвистические знаки (Я, J, p, ",?)	42
Математические символы (+,%,Ö,å)	15
Цифры (0,3,7)	10
Тип линий (сплошная, пунктирная и т.д.)	4
Длина линий, мм	6 типов
Ширина линий, мм	3 типа
Направление линий (горизонтальное, вертикальное, под углом 600)	9–12
Площадь формы, мм2	3–5 типов
Число точек или геометрических элементов	5–7
Пространственная позиция	4–9 положений
Цвет, оттенки	11
Яркость, градации	4

Абстрактные знаки

200–1000

Геометрические формы

8–16

Лингвистические знаки (Я, J, , ",?)			42
Математические символы (+,,,)	15

Цифры (0,3,7)

10

Тип линий (сплошная, пунктирная и т.д.)

4

Длина линий, мм

6 типов

Ширина линий, мм

3 типа

Направление линий (горизонтальное, вертикальное, под углом 600)

9–12

Площадь формы, мм2

3–5 типов

Число точек или геометрических элементов

5–7

Пространственная позиция

4–9 положений

Цвет, оттенки

11

Яркость, градации

4

сложных системах управление вследствие большого количества СОИ и других элементов управления, а также помех в каналах связи машины и человека возможны ошибки оператора из-за перегрузки и искажения информации. Избежать этого позволяет кодирование. В теории информации кодирование трактуется как установление однозначного количественного и качественного соответствия между элементами одного набора символов и элементами другого. Применительно к деятельности оператора кодированием называют способ представления информации с помощью условных символов, знаков.

Оптимальным является способ кодирования, который соответствует психофизиологическим возможностям оператора и обеспечивает ему максимальную скорость и надёжность приёма информации. Поэтому задача оптимального кодирования – это прежде всего правильный выбор категории кода или знакового алфавита, длины алфавита, уровня кодирования и компоновки сигналов в группы.

Категория кода выполняет функцию связующего (коммуникативного) звена в системе "Ч – М – С". Знаком может быть закодирован объект, показатель, процесс и символы других знаковых систем.

Выбор категории кода определяется способом кодирования информации. Классификацию кодов проводят по признакам: качество знака, его отношение к принимающему информацию, обозначаемому объекту и т. д.

Наиболее простой формой знака является сигнал. Сигнал (франц. signal, от лат. signum – знак) – знак, физический процесс (или явление), несущий сообщение (информацию) о каком–либо событии, состоянии объекта наблюдения. Все кодированные сигналы делятся на естественные (лингвистические символы, цифры) и искусственные знаки (знаки движений, безопасности, азбука Морзе, математические, астрономические знаки, компьютерные языки). При работе с ИМ оператор имеет дело не только со знаковым кодом, предъявляемым не только СОИ с панелей управления, но и с вводимым посредством ОУ. Это особенно характерно для кибернетических систем взаимодействия "Ч – М", где естественный и искусственный (программный) код вводится с помощью клавиатуры. Символы группируются единичными или несколькими знаками в алфавиты. Виды и рекомендуемая длина алфавитов, применяемых при проектировании ИМ при их компоновке на бумажных, цифровых носителях, на панелях управления приведены в табл. 5.6.

Выбор категории кода зависит от:

• характера решаемой задачи;

• особенностей оперативной памяти оператора;

• специфики объекта информации, скорости и точности различения и опознания кода.

В большинстве случаев для ИМ применяется комбинированное кодирование с использованием нескольких кодов, включая наглядные, абстрактные и смешанные виды ИМ. Для определения длины алфавита применяется формула: , где r_ijk – количество символов алфавита, необходимое для кодирования k – характеристики; p –количество характеристик j-го объекта; n_i – число объектов i-го типа; m –общее количество групп объектов ИМ (динамические, статические, служебные, качественные, количественные и т.д.) Точность (безошибочность) опознания объектов опрератором реализуется при выполнении условия: QR, где Q – максимальное количество используемых кодов (табл.). Этот показатель в совокупности со скоростью опознания, восприятия и дешифрования алфавита оператором называется удобочитаемостью. Скорость опознания определяется соотношением: , где t₁ – латентный период реакции; t₂ – время опознания знака, определяемое по формуле: , где r – количество опознаваемых знаков кода, ПС –пропускная способность оператора. Таким образом, при разработке любого однозначно распознаваемого (идентифицируемого) знакового алфавита, основной задачей является высокий уровень удобочитаемости при ограниченном размере информационного поля и высокой информационной ёмкости. При этом учитываются психологические, энергетические и пространственные характеристики сигналов в ИМ. К первым относят показатели:

• прагматики, характеризующей ценность сообщения с точки зрения цели управления системой для оператора;

• семантики, определяющей характер содержания через единство формы знака и содержания сообщения, т. е. логику построения;

• стигматики, характеризующей отношение, уровень ассоциативности знака и отражаемого им объекта реального мира;

• синтаксиса, представляющего оценку оператором или машиной ограничений, накладываемых на комбинаторику и частоту употребления знаков, информационную плотность;

• аффекта, включающего эстетическое воздействие и восприятие знака.

К пространственным признакам кода относятся: компоновка или конфигурация (форма), линейные и угловые размеры, отношение ширины и высоты знака, высоты и ширины линий, высота над уровнем панели управления при рельефном обозначении знака, пространственная компоновка на панелях управления и текстовых документах (длина и форма строк, шрифтовых полей, интервал между строками, полями). Пространственные параметры особенно актуальны, т.к. в ИМ требуется одновременно соединить несовместимое–значительный объем информации, размеры знаков и элементов СОИ, а также объём рабочего места (площадь СОИ, панелей управления)

К омпоновка или конфигу­рация кодового знака в значи­тельной степени влияет на эф­фективность кодирования. Кодо­вые знаки должны быть хорошо различимы, их не следует пере­гружать внутренними или наруж­ными деталями.

В системах со знаковой ин­дикацией доминирующим при­знаком является контур знака. Поэтому при компоновке знака следует отдавать предпочтение внутренним деталям, поскольку наружные детали затрудняют различение конфигурации знака.

Предпочтительно исполь­зовать симметричные символы, так как они легче усваиваются и более прочно сохраняются в оперативной памяти,

Конфигурация для абстрактных и геометрических знаков представляет трёхмерное пространственное соединение определенных графических элементов (линия, точка, окружность), взаимное расположение которых определяет степень идентифицируемости знаков (рисунок, тип шрифта, размер, ритм формы). Для унификации знаковых систем международными организациями стандартизации ИСО (3461), МЭК и ООН принят конфигуратор знаков, представленный на рис.5.25.

Выбирая ту или иную конфигурацию, необходимо обеспечить различие зрительных сигналов по своим физическим параметрам. Для этого в допустимых пределах должны быть приняты величины яркости В, контраста К, угловые размеры сигналов, а также характеристики цветности. Оптимальные значения этих параметров приведены в табл. 5.7.

Таблица 5.7.

Эргономические характеристики знаковразной степени

сложности

Наименование показателя	Знак
	простой	средний	сложный
Угловой размер при яркости фона не менее 10 кд/м2: знака, мин	15–18	21–26	35–40
отметки шкалы, мин	12	20	25
Коэффициент отражения фона,	0,2—0,4	0,2–0,4	Более 0,4
Освещённость, лк	200—400	100–200	Более 200
Контрастность знака и фона, Кп,%	70	80	85
КЧМ при яркости 50 кд/м2	16,5	19,5	22,0
Время безошибочного опознания, с	1,79	1,52	1,52
Время безошибочного восприятия, с	3,25	4,53	5,78

Следует отметить, что при цветовом кодировании информации точное восприятие цвета обеспечивается при яркости В=170 кд/м². Введение в алфавит сигналов смешанного по цветности типа приводит к увеличению числа ошибок опознания на 37% по сравнению с чистыми цветами.

При определении уровней яркости и яркостного контраста применяются нормы и рекомендации по проектированию искусственного освещения: СНиП – А.9 – 71, а также "Указания по проектированию электрооборудования зданий".

Нижняя граница яркостного контраста знака и фона не должна быть менее 65%, т.к. в противном случае влияние освещенности и естественной яркости приводит к резкому снижению точности считывания информации.

Размер знакового алфавита во всех случаях определяется по формуле: , где h – высота знака; L – расстояние от знака до глаз наблюдателя. Например, для угла наблюдения – 30^/ и дистанции –700мм: мм.

Абстрактные и геометрические алфавиты обычно включают основные и вспомогательные символы, и при их компоновке следует учитывать следующие рекомендации:

• основные символы должны отличаться большим размером и замкнутым контуром;

• вспомогательный символ не должен дробить, членить, перекрывать и т.п. основной знак;

• вспомогательные элементы лучше выполнять сплошными;

• группа знаков должна состоять не более, чем из трёх символов;

• для лингвистических, математических и цифровых сигналов требования к форме и величине, к содержанию и размещению надписей определены отечественными и зарубежными стандартами. При выборе знакового алфавита следует учитывать возможность ошибочного опознания сигналов с идентичными конфигурациями. Наибольший удельный вес среди неправильных идентификаций шрифтовых знаков принадлежит знакам подобным по:

• общему начертанию: А – Д – Л, 3 – Э, Ш – Щ, С – О – Ю;

• форме отдельных элементов: Б – В – Ь – Ъ – Ы, 3 — В, У – Ч;

• объёмно–пространственной структуре: И – П – Ц – Н, Г – Т, Б – В –Ь, М – Ш – Щ – Ж.

По степени удобочитаемости и частоты использования алфавитный ряд русского языка убывает в следующей последовательности: О, С, Т, Р, Ф, Д, К, Г, А, Е, В, Н, У, Ч, Ь, И; Ш, Щ, М, Ж, П, Ы, Э, Ю, Я, Б, З, Ц; 4, 7, 5, 3, 0, 1, 8, 2, 6, 9. Поэтому при построении не больших математических и цифровых кодов рекомендуется применение прямолинейных элементов, а при разработке алфавитов, включающих более 30 знаков и более наиболее эффективно применение криволинейных элементов в совокупности с прямолинейными. Так, например, в русском алфавите в число наиболее часто встречающихся и легко распознаваемых букв входят – а, в, и (й), к, м, н, о, п, р, с, т. Применяется три типа начертания шрифтовой гарнитуры: основной (обычный), курсив, узкий, полужирный, основные пространственные параметры которых для дистанции наблюдения 380 –760, мм приведены в табл. 5.8. С увеличением расстояния наблюдения размеры увеличиваются согласно приведённой выше формуле. Гарнитуры типа "курсив", а также содержащие множество криволинейных, спиралевидных и декоративных элементов не рекомендуется использовать в ИМ, за исключением ИМ рекламного содержания.

Таблица 5.8.

Эргономические параметры буквенного алфавита

Начертание шрифта	Пропорции, Ш/Н	Толщина линий
Обычный: АВС FGH а в с f g h Курсив: АВС FGH а в с f g h Полужирный: АВС FGH	3/5 — 2/3 3/5 –4/5 2/5–1/2 3/5 2/3	(1/7–1/8)Н (1/7–1/8)Н (1/8–1/10)Н (1/8–1/10)Н 1/6 Н

* Ш – ширина, Н – высота буквы (кегль), измеряется чаще пунктами, пт (0,376мм).

Пропорции знаков дифференцируются в зависимости от вида шрифта. Основные характеристики шрифтовых прописных и строчных знаков приведены на рис. 5.26,а. Базовыми величинами для определения их размеров и межзнаковых интервалов принимаются пропорции "средних" знаков Н, И, П обычного прописного начертания. Ширина штрихов и внутризнаковых просветов выбирается с учётом исключения возможности светового эффекта иррадиации. Для знаков со сложной внутренней структурой (Ж, М, Ш, Ю) ширина увеличивается на ½ ширины простых знаков, для символов с наклонными штрихами (А, Л, У, 4) – на ¼, знаки с простой полуоткрытой структурой (Г, Е) – на ¼ (рис.5.26,б). Толщина линий обводки устанавливается в диапазоне к высоте знака 1/6 – 1/10. Толщина 1/9 – 1/10 рекомендуется только для узких шрифтов, для основного же и акцидентного ("жирного") начертаний – от 1/6 до 1/8. При увеличении ширины линий до ¼ – 1/5 с учётом указанных выше пропорций до 1/8–1/10 уменьшаются внутрибуквенные просветы, что ухудшает читаемость многих знаков. Наиболее оптимальный размер внутризнакового просвета составляет две ширины линий в шрифтах всех начертаний. Для условий обратного контраста ширина линий уменьшается. Данное оформление, представленное на рис. 5.26, в, рекомендуется использовать при темновой адаптации.

Межбуквенные интервалы могут колебаться от размера ширины линий обводки до более оптимальных, равных двух- или трехкратной ширине линии. Межзнаковые расстояния для разных пространственных структур могут быть дифференцированы в сочетаниях: вертикальных штрихов (рис.5.26,г); овальных, наклонных и горизонтальных штрихов; смешанных вертикально-наклонных, овальных и горизонтальных. С учетом данных отличий обеспечивается равномерная тоновая плотность надписей, улучшается удобочитаемость по сравнению с недифференцированным написанием знаков. Межбуквенные интервалы рассчитываются полиграфическим "литерным" способом построения знаков, при котором межбуквенные интервалы предопределяются заданием полупросветов. Образцы литер и надписи из них показаны на рис. 5.27. Высота литер одинакова для всех знаков алфавита. Она составляет 3/2 высоты прописной буквы. Ширина литеры зависит от конфигурации и ширины знака.

Д

Таблица 5.9.

Эргономические параметры алфавита на цилиндрических поверхностях

Внешний диаметр, мм	Высота знака, мм	Внешний диаметр, мм	Высота знака, мм
19	44	150	12
38	50	175	19
62	62	200	22
88	75	250	31
110	85	300	38

38

50

175

19

62

62

200

22

88

75

250

31

110

85

300

38

ля буквенных кодов рекомендуются шрифты в стиле: "Grotesk", "Futura Medium" (1 2 3 4 5 6 7 9 0), "Tempo Bold", "Arial Bold" и т.п., выполненные заглавными буквами. В зависимости от степени важности информации размеры буквенно-цифрового кода увеличиваются. К важной информации относится обозначение ОУ и их расположение (h=4 – 8мм при освещении 10лк), к обычным обозначения СОИ, инструкции, текстовая документация и т.д. (h=2,5 – 5мм). При этом следует учитывать степень кривизны поверхности так, чтобы информация не исчезала из поля зрения оператора. Например, рекомендуемые размеры букв для обозначения на трубах различных диаметров приведены в табл. 5.9. При этом расстояние между знаками, расположенными по внешнему диаметру должно быть не более ½ высоты знака. Этот принцип также следует учитывать при проектировании барабанных счётчиков.

При оформлении текстовых ИМ рекомендуется использовать только прописные буквы при длине строки от 14 до 19 цицеро (1 цицеро=4,51мм), т.е. от 63,1 до 85,7мм. Максимальная длина строк допускается в пределах 28 цицеро (126, 28мм). Расстояние между строками не должно превышать 3пт (1,13мм) при кегле 10пт (3,76мм), при табличном представлении данных – 0,2 от высоты букв (кегля).

Рис.5.27.

Р ис.5.26.

Кодирование линиями и их характеристиками (тип, длина, ширина, направление) характерно для шкал, графиков, масштабных сеток СОИ (радиолокационные установки), обозначения причинно–следственных связей, траекторий движения, обозначения стрелок и т.д. Длина линии, ширина штриха линии определяются аналогично пространственным характеристикам цифр и букв.

Особенности кодирования формой, пространственной позицией, стереоскопической глубиной определяются особенностями моторики глаз при заданных энергетических параметрах информационных данных. Цветовое кодирование, яркость и КЧСМ рассматривались ранее. Одновременное (комбинированное) использование различительных признаков (цвет и форма, яркость и положение и т. п.) позволяют повысить надежность зрительного восприятия информации.

Длина алфавита сигналов — это количество символов, выстроенных в определённой последовательности. Она может быть увеличена путём выбора соответствующего уровня кодирования. Так, например, длина алфавита может быть увеличена в несколько раз за счёт использования многомерных кодов. Многомерный алфавит кода –алфавит, построенный путём объединения в одном знаке нескольких видов алфавита или комбинаций различных способов кодирования. С помощью многомерных сигналов можно передавать одновременно значительно больше информации о состоянии УО, поскольку информация на сигнал увеличивается пропорционально количеству кодовых категорий в структуре многомерного алфавита. С увеличением размера алфавита время реакции опознания возрастает.

Один из наиболее распространенных способов кодирования сложного сообщения – формулярный способ, т. е. объединение букв, цифр и условных знаков в компактные группы, с помощью которых передаются сведения о свойствах объектов. При этом способе каждое знакоместо в формуляре несет свою смысловую нагрузку.

Исходя из объема оперативной памяти, оптимальное количество знаков в строке формуляра не должно превышать 7±2 цифр, причем лучшим вариантом считается группа из 8 элементов, представляющих собой матрицу 4х2. В практической работе рекомендуется считать пределом по числу знакомест 12-значимый формуляр. С увеличением объёма отображения точность выполнения задачи снижается (особенно резко при числе формуляров, превышающем 15). Место значимого параметра в формуляре оказывает меньшее влияние на точность выполнения задачи, чем его объем. Однако для знакомест в начале строки точность несколько выше, а время решения — меньше. Наиболее предпочтительно построчное сканирование, т. е. направление движения глаз слева направо и сверху вниз, как при чтении.