Министерство общего и среднего специального образования Российской Федерации

Тульский государственный университет Кафедра аэрологии, охраны труда и окружающей среды

ЭРГОНОМИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К СРЕДСТВАМ ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ НА ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫХ ТРУБКАХ

Методические указания к курсовой работе по курсу "Эргономика" для студентов специальности 330500 "Безопасность технологических процессов и производств"

Тула 2003

Цель работы: ознакомление с особенностями восприятия цифровой информации с экрана электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) в зависимости от яркости, контраста и размера отображаемых знаков; определение допустимых условий предъявления человеку информа­ции на экране ЭЛТ; изучение метода определения коэффициентов обнаружения и распознавания визуальной информации на ЭЛТ.

1. Особенности восприятия человеком знаковой информации с экрана элт

ЭЛТ находят все более широкое применение для отображения информации. В частности, они используются как выходные устройст­ва АСУ и ЭВМ (видеодисплеи), очень часто они входят составной частью в системы отображения информации (табло, мнемосхемы), могут применяться в качестве устройства наглядного отображения индивидуального пользования.

Основными достоинствами ЭЛТ, обусловливающими их широ­кое применение, являются высокое быстродействие, возможность избирательного стирания и записи информации, большая информа­ционная емкость, хорошая четкость и различимость знаков. Вместе с тем работа с ЭЛТ имеет и тот недостаток, что вызывает быстрое зрительное утомление оператора. Поэтому применение ЭЛТ наибо­лее целесообразно в тех случаях, когда от оператора не требуется длительной непрерывной работы с трубкой, а обращение к ней про­исходит эпизодически, с перерывами.

Для того чтобы были реализованы перечисленные выше дос­тоинства ЭЛТ, при создании средств отображения информации на их основе необходимо обеспечить:

• высокую разрешающую способность, соответствующую тре­буемому количеству адресов по вертикальной и горизонтальной ко­ординатам;

• регулируемый размер сфокусированной точки не более 0,2 -0,8 мм в зависимости от детальности информации и расстояния на­блюдения;

• минимальную нелинейность растра не более 0,5 -1,0 %;

• высокую скорость (0,5 - 1,0 см/мкс) перемещения луча и дос­таточную частоту (40 - 50 Гц) смены кадров. Это является условием зрительно невоспринимаемого движения луча и мерцания изобра­жения;

• возможность визуального разделения необходимых инфор­мационных групп цветом, толщиной и формой линии; яркость линий при этом должна быть не менее 100 кд/м²;

• соответствие условий восприятия информации требованиям психофизиологии зрения.

Последнее требование представляет для эргономики наи­больший интерес. Поэтому основное внимание следует уделять ис­следованию условий зрительного восприятия информации с экрана трубки.

Как известно, ЭЛТ различаются размерами, видом отображае­мой информации, методами и скоростью генерации знаков и другими особенностями. В целом их можно разделить на две большие груп­пы. К первой относятся устройства для отображения знаковой (бук­венно-цифровой) информации, ко второй – устройства для отобра­жения графической информации. Наиболее широко используются ЭЛТ знакового типа, поэтому они и исследуются в данной работе.

На качество восприятия знаковой информации влияет целый ряд факторов: яркость и контраст знаков, их геометрические разме­ры, формат знаков, время предъявления.

Яркостью называется сила света, излучаемого в перпендику­лярном направлении с единицы светящейся поверхности. В общем случае яркость имеет две составляющие, которые создаются за счет излучения и отражения внешнего света.

Поскольку в поле зрения оператора одновременно могут попа­дать предметы с разной яркостью, в эргономике вводится понятие адаптирующей яркости. Ею называется средневзвешенное значение яркостей, попадающих в поле зрения; обычно на эту яркость адапти­рован зрительный анализатор человека. Наиболее благоприятные условия для работы оператора создаются при яркостях адаптации от нескольких десятков до нескольких сотен кд/м².

Контрастом знака называется отношение разности яркости зна­ка и фона к большей яркости. Различают два вида контраста: прямой (знаки темнее фона) и обратный (знаки ярче фона). Количественно контраст выражается формулами:

где В_зн и В_ф - соответственно яркость знака и фона.

Наилучшие условия для зрительного восприятия создаются при контрасте в пределах от 0,6 до 0,95. При меньших значениях K знаки плохо выделяются на окружающем фоне, при больших значе­ниях возникает большой перепад в яркости фона и знака, что вызы­вает нежелательное явление – ослепление.

Работа с прямым контрастом более благоприятна для челове­ка; в этом случае развивается меньшее зрительное утомление, чем при работе с обратным контрастом. Изображение на экране ЭЛТ, как правило, имеет обратный контраст; это является одной из причин быстрого утомления оператора при работе с экранным индикатором.

Качество восприятия информации зависит также от размеров отображаемых знаков. Эти размеры выражаются обычно в угловых величинах. Для установления взаимной связи между условными и линейными величинами можно воспользоваться следующими соот­ношениями:

где h - линейный размер знака; - угловой размер знака; I - рас­стояние от оператора до экрана.

Для простых знаков, не имеющих внутренних опознавательных элементов (например, геометрических фигур), минимально рекомен­дуемая высота знака составляет 15' - 20'. Для сложных знаков с внутренними опознавательными элементами эта высота составляет 30' - 35'. К их числу относятся, например, цифры и буквы. Указанные размеры являются ориентировочными, они могут меняться в зави­симости от конкретных условий наблюдения (яркость, контраст, рас­стояние и т.п.). С уменьшением контраста знака минимальное время реакции выбора знака достигается для знаков больших размеров. После достижения некоторого минимального уровня среднее значе­ние времени реакции остается практически неизменным, поэтому дальнейшее увеличение размеров знаков не сказывается на качест­ве работы оператора.

Определенное влияние на качество восприятия оказывает формат знака, под которым понимается отношение ширины знака к его высоте. Наиболее предпочтительные форматы 2/3, 3/4, 5/7. Рас­стояние между двумя соседними знаками в строке в зависимости от вида контраста, яркости знаков, дистанции наблюдения должно со­ставлять от 1/4 до 1/2 высоты знака. При этом меньшие расстояния должны быть для более светлых знаков.

Толщина обводки контура знака рекомендуется в пределах от 1/6 до 1/13 высоты знака. Более яркие (светлые) знаки при этом ре­комендуется изображать более тонкими линиями.

Нормируемые визуальные параметры видеодисплейных тер­миналов представлены в табл.1.

Таблица 1

Нормируемые визуальные параметры видеодисплейных терминалов

№ п/п	Наименование параметра	Значения параметра
1	Контраст (для монохромных ВДТ)	От 3:1 до 1,5:1
2	Неравномерность яркости элементов знака	Не более +-25 (1)
3	Неравномерность яркости рабочего поля экрана, %	Не более +-20 (1)
4	Формат матрицы знака	Не менее 7-9 элементов изображения
	для прописных букв и цифр (для отображения диакритических знаков и строчных букв с выносными элементами формат матрицы должен быть увеличен сверху или снизу на 2 элемента изображения)	не менее 5-7 элементов изображения
5	Отношение ширины знака к его высоте для прописных букв	от 0,7 до 0,9 (допускается от 0,5 до 1,0)
6	Размер минимального элемента отображения (пикселя) для монохромного ВДТ, мм	0,3
7	Угол наклона линии наблюдения, град.	не более 60 град, ниже горизонтали
8	Угол наблюдения, град;	не более 40 град, от нормали к любой точ­ке экрана дисплея
9	Допустимое горизонтальное смещение однотипных знаков, % от ширина знака	Не более 5
10	Допустимое вертикальное смещение однотипных знаков, % от высоты мат­рицы	Не более 5
11	Отклонение формы рабочего поля эк­рана ВДТ от правильного прямоуголь­ника не должно превышать:
	по горизонтали	dB<0,02 (2)
	по вертикали	dH<0,02 (2)
	по диагонали	dD<0,04(H1-H2) (2)
12	Допустимая пространственная нестабильность изображения (дрожание по амплитуде изображения) при частоте колебаний в диапазоне от 0,5 до 30 Гц, мм	Не более 2 L 10E-4 (L - расстояние наблюдения, мм)
13	Допустимая временная нестабильность изображения	Не должна быть зафиксирована 90% наблюдателей
14	Отражательная способность, зеркальное и смешанное изображение (блики), % (допускается выполнение требования при использовании приэкранного фильтра)	Не более 1

Примечание:

1. Под неравномерностью яркости понимаются отношения:

положительная неравномерность

отрицательная неравномерность

где n - число измеренных значений яркости;

L_max - максимальное значение яркости;

L_min - минимальное значение яркости.

где B₁ и B₂ - значения длин верхней и нижней строк текста на рабочем поле экрана, мм;

H₁ и Н₂ - значение длин крайних столбцов на рабочем поле эк­рана, мм;

D₁ и D₂ - значение длин диагоналей рабочего поля экрана, мм

На качество восприятия информации оказывает влияние также время экспозиции знака. Минимально необходимое для безошибоч­ного восприятия время экспозиции зависит от ряда факторов: ярко­сти и контраста знаков, их угловых размеров, дистанции наблюде­ния.

Для формирования знаков на экране ЭЛТ применяется обычно метод знакогенерации. Сущность метода состоит в том, что форми­рование знака осуществляется путем генерирования знаков с помо­щью непрерывного движения электронного луча. При этом луч вы­черчивает на экране контур знака. Для управления отклонением луча требуется сложные последовательные комбинации различных пило­образных напряжений или токов, которые вырабатываются специ­альными знакогенераторами. Генерирование знаков можно осущест­влять различными методами, среди которых наиболее распростра­нены растровый (телевизионный) и функциональный.

При растровом методе формирование знака осуществляется путем подсветки соответствующих точек растра, создаваемого пере­мещением электронного луча.

При функциональном методе под воздействием кода знака вы­рабатываются напряжения или токи, управляющие отклонением луча во времени таким образом, что его след в плоскости экрана переме­щается по образующей соответствующего символа. В зависимости от скорости перемещение луча изменяется интенсивность импульсов подсвета, что обеспечивает постоянство яркости на всех участках образующей.