16.2 Основные параметры электронных устройств отображения видимой информации

Качество зрительного восприятия информации человеком определяется следующими характеристиками:

• энергетическими − яркость, контрастность, освещенность;

• пространственными − разрешающая способность, угол зрения, поле зрения;

• временными − латентный период зрительной реакции, критическая частота мельканий, время адаптации.

16.2.1 Энергетические характеристики

Яркость характеризует излучение светящейся поверхности единичной площадью в данном направлении. Если понятие силы света относится только к точечному источнику света, то понятие яркости применяют к любым протяженным источникам, имеющим конечные размеры. Численно яркость L равна отношению светового потока I, проходящего в рассматриваемом направлении в пределах малого телесного угла через участок поверхности, к произведению величины телесного угла dω, площади участка dS и косинуса угла α между рассматриваемым направлением и нормалью к участку:

(16.1)

Единицей яркости является [кд/м2] − это яркость такой поверхности, квадратный метр которой дает в направлении, перпендикулярном этой поверхности, силу света в 1 кд. Яркость является характеристикой активных источников света (ЭЛТ, светодиодов, электролюминесцентных устройств и т.п.).

Освещенность E характеризуется световым потоком dФ, падающим на единицу площади освещаемой поверхности dS:

(16.2)

Единицей освещенности является [лк] – это световой поток в 1 лм, равномерно освещающий площадь в 1 м² . Освещенность является характеристикой пассивных источников света, таких как жидкокристаллические индикаторы.

Яркостной контраст определяет соотношения яркостей объекта и фона. Это степень воспринимаемого различия между двумя яркостями. Различают прямой и обратный контраст. Для позитивного изображения (темное изображение на белом фоне, т.е. объект темнее фона) задается прямой яркостной контраст, т.е. отношение разности яркости объекта и яркости фона к яркости фона. Для негативного изображения (светлое изображение на черном фоне, т.е. объект светлее фона) задается обратный яркостной контраст, т.е. отношение разности яркости фона и яркости объекта к яркости фона. В ряде случаев удобно пользоваться понятием контрастности, представляющей отношение яркостей объекта (или фона) и фона (или объекта).

16.2.2 Пространственные характеристики

Разрешающая способность, или острота зрения, характеризуется минимальным углом, при котором возможно отдельное различение двух соседних точек. Этот угол называется порогом остроты зрения. Для нормального зрения порог остроты зрения равен 1 угловой минуте. Метод измерения разрешающей способности осуществляется с помощью горизонтальных (вертикальных) прямых линий с толщиной равной расстоянию между ними (т.н. миры). Затем расстояние между линиями и их толщину уменьшают до момента их слияния (рис.16.2). Соответствующее число линий на мм и называют разрешением системы. Такой метод измерения достаточно прост и дешев и является широко распространенным. Часто разрешающую способность оценивают по числу пикселей (элементов отображения экрана) по горизонтали и вертикали.

Поле зрения определяется при фиксированном взгляде как область пространства, в пределах которого возможна проекция изображения на сетчатую оболочку глаза. Оно зависит от возможностей оптической системы глаза, площади и характера распределения фоторецепторов, выступающих частей лица. Все поле зрения можно условно разбить на три следующие зоны:

• зона центрального зрения (размером приблизительно 4…7⁰), соответствует желтому пятну сетчатой оболочки, где возможно наиболее четкое различение деталей;

• зона ясного зрения ограничена угловыми размерами 16...20⁰ по горизонтали и 12…15⁰ по вертикали, где при неподвижном глазе можно опознать предмет без различения мелких деталей.

• зона периферического зрения (75…90⁰), где предметы обнаруживаются, но не опознаются.

В соответствии с этим для экранов дисплеев формат экрана, т.е. отношение его ширины к высоте, составляет 4 3, а размер экрана дисплея часто оценивают его размером по диагонали, выраженного в дюймах или см. Восприятие буквенно-цифровой информации, при фиксированном положении оператора, предусматривает движение глаза по строке текста, что позволяет увеличить угловой размер информационного поля по горизонтали до 50⁰, поэтому формат информационных панелей часто выбирают равным 5:3.

Угол между перпендикуляром, опущенным из центра глаза на поверхность наблюдения, и линией, соединяющей центр глаза с наблюдаемой точкой, называют углом наблюдения. С его увеличением острота зрения падает также из-за того, что излучение большинства индикаторов имеет направленный характер, максимум интенсивности которого совпадает с нормалью к плоскости излучателя. Максимальное значение угла наблюдения, при котором обеспечивается считывание информации с индикатора, называют углом обзора или углом зрения. Стоит также отметить, что как правило горизонтальные углы обзора больше, чем по вертикали, поэтому для характеристики углов обзора дисплея учитывают два значения: угол обзора по вертикали и угол обзора по горизонтали.