Кодирование зрительной информации

Для того, чтобы информацию на дисплее было легко находить и понимать, ее можно представить в форме того или иного кода. Кодирование информации — это преобразование носителя информации в вид, обеспечивающий максимальную ско­рость и надежность приема информации человеком. Т.е. в процессе кодирования информация приобретает дополнительные свойства, что уменьшает время ее переработки оператором и помогает ему различать сообщения. При этом поставленную задачу разбивают на составляющие, затем анализируют информационные требования к каждой из подзадач, после чего можно классифицировать информацию по основаниям важности и частоты использования. На этой основе информацию делят на первостепенную и второстепенную, что позволяет определить для нее места на экране. После этого можно кодировать информацию цветом, размером, яркостью и т.п.

Код должен быть максимально осмыслен и читаться подобно печатному тексту. Кодирование характеризуется категорией кода, длинной алфавита сигналов, уровнем кодирования, доминирующем приоритетом, компоновкой сигналов в группы. Под категорией кода понимается самостоятельный способ кодирования.

Информационные сигналы могут быть представлены цифрами, буквами, условными знаками, геометрическими фигурами и их размерами, линиями, цветом, яркостью и т.д.

В общем случае, качественные характеристики объектов кодируются буквами, символами, цветом, абстрактными фигурами. Количественные параметры объектов кодируются цифрами, положением указате­ля на органах управления и средствах отображений информа­ции, типом и размером линий на ЭЛТ. Выбор кода определяется характером решаемых задач, видом трудовой деятельности, с учетом особенностей оперативной памяти человека, участвую­щей в декодировании получаемой информации. Существенными моментами при кодировании являются: требования внешнего подобия отображаемого символа с реальным объектом, что спо­собствует повышению скорости и точности восприятия инфор­мации; учет привычных ассоциаций человека, его жизненного и профессионального опыта и использованием цветов (красный цвет ассоциируется с опасностью, желтый — с получением какого-либо предупреждения, зеленый — со спокойной обстановкой).

Таблица 3. Сравнение различных способов кодирования информации

Категория кода	Длина алфавита		Оценка	Комментарии
	Максимальная	Рекомендуемая
Цвет
С подсветкой	10	3	Хороший		Время поиска мало. Требует мало места. Хорош для количественного кодирования. Можно увеличить алфавит, комбинируя насыщенность и яркость с цветом. Окружающий свет не критичен
Без подсветки	50	9	Хороший		Все, что указано выше, за исключением того, что необходимо контролировать освещение. Широко распространен
Форма Кодирование формы – универсальное средство представления информации. Этот вид кодирования обеспечивает самый большой алфавит символов и их интерпретацию с объектами, хорошо известными человеку по практической деятельности. Как правило, кодирование формой содержит во всех основных видах кодирования.
Цифры и буквы	Не ограничена		Хороший		Особенно удобен для идентификации. Требует мало места Буквенно–цифровое кодирование – на читаемость цифр и букв существенно влияет форма, их начертание и число отличительных примеров. В силу этого может возникнуть путаница для отдельных пар букв (O - Q), (C, G). Для хорошей читаемости рекомендуемо выдерживать соотношение ширины к высоте 3:5, кроме М, Ж, Ш – 4:5, 1 – ширина, равная 1,6 – 1,8 высоты знака.
Геометрические фигуры	15	5	Посредственный		Особенно пригоден для символических знаков. Некоторые формы трудно различать Лучше различаются простые фигуры, состоящие из небольшого количества элементов. Треугольник лучше различается, чем круг, квадрат лучше, чем многоугольник. Фигуры из прямых линий различаются лучше, чем криволинейные. Различимость улучшается по мере увеличения числа отличий в каждой из фигур алфавита
Рисунки	30	10	Хороший		Вызывает прямые ассоциации. Требует высокой разрешающей способности дисплея
Величина
Площадь	6	3	Посредственный		Требует много места. Легко обнаружить сообщение
Длина	6	3	Посредственный		Требует много места. Легко обнаружить сообщение
Яркость	4	2	Плохой		Можно спутать с другими сигналами Кодирование яркостью – применяется для привлечения внимания оператора к изменению сигнала. Возможно, воспринимать не более 4 градаций яркости, при этом соотношение соседних уровней яркости должны быть 1:5. На практике используется 2 уровня.
Стереоглубина	4	2	Плохой		Ограничено число пользователей. Сложен для реализации
Угол наклона	24	12	Хороший		Особенно хорош для количественных оценок, но применение ограничено круглыми циферблатами
Частота мельканий	5	2	Посредственный		Трудно различать частоту вспышек. Хорош для привлечения внимания. Кодирование частотой мелькания – используется достаточно редко, поскольку мелькания быстро утомляет оператора. Частота мелькания может иметь до 4 градаций. Красный мелькающий свет частотой 6 – 8 Гц используется как аварийный.

Оптимальная длина определяется с учетом оперативной памяти человека.

Уровень кодирования определяется мерностью (1,2,3-ех мерные) стимулов использованных при отображении информации. Способом увеличения длины кода алфавита считается использование многомерного кодирования.

Система кодирования должна быть совместимой с жизненным и профессиональным опытом оператора, т.е. с теми ассоциациями, которые у него образовались. В связи с этим буквы, используют при отображении назван. объекта, цифры – при количественной оценке характеристик. Цвет используют для акцентирования на значимость. Геометрические фигуры используют в случае, когда оператору нужна наглядная картина для быстрой переработки информации.

Компоновка кодового знака в значительной степени определяет его различимость и опознаваемость.

Вообще говоря, цветовой код может быть полезен, если:

1. дисплей не разграфлен;

2. высока плотность символов;

3. оператор вынужден отыскивать необходимую информацию в большом массиве данных.

Несколько исследований были посвящены цветам, применяемым в цветовых кодах. Т.к. видимый цвет объектов зависит от их освещенности, цветовой код применяют только при освещении белым цветом При выборе цветового кода необходимо учитывать те устоявшиеся значения, которые ассоциируются с определенными цветами. Например, красный, желтый и зеленый цвета рекомендуется использовать соответственно для обозначений «Опасно», «Осторожно», «Безопасно». В большинстве источников установлен следующий алфавит значений цветового кода.

Красный цвет используется для предупреждения оператора о том, что система или одна из ее частей бездействуют. Примеры сообщений: «Срыв», «Ошибка», «Авария», «Отказ».

Мигающий красный сигнал применяется для обозначения ситуации, требующей немедленных действий.

Желтый цвет применяется для обозначения предельных режимов, в которых необходима осторожность или может произойти неожиданная задержка.

Зеленым цветом обозначают полностью функционирующую систему, все параметры которой находятся в норме.

Белый цвет используется для обозначения таких функций, относительно которых у системы нет сведений, являются ли они правильными или ошибочными, т.е., например, для обозначения альтернативных функций или кратковременного промежуточного состояния.

Синим цветом обозначают консультативные сведения, но чрезмерного применения синего цвета следует избегать.

При выборе цветов необходимо учитывать несколько перцептивных ограничений. При освещении цветов статистической и цветной динамической информации рекомендуется использовать кодирование не только по цветовому тону, но и по насыщенности.

Нужно учитывать, что с увеличением дистанции наблюдения цвет воспроизводимой информации воспринимается измененным.

Желтый и голубовато желтые цвета на большом расстоянии – белые, синий и красный – черные.

Оптика человеческого глаза, в отличие от фотообъектива, не скорректирована в отношении к цветовой аберрации. Преломляющая способность глаза различна для коротковолновых и длинноволновых излучений. Чем короче длина волны, тем короче фокусное расстояние: для насыщенного синего цвета приблизительно на 3 диоптрии больше, чем для насыщенного красного. Для менее насыщенных цветов видеодисплея эта разница составляет всего 1 диоптрию. Но этого достаточно для возникновения хромостереопсиса – эффекта восприятия глубины, при котором красные и синие элементы изображения воспринимаются удаленными на различные расстояния. Поскольку сфокусировать глаз на тех или других элементах одновременно трудно, механизм аккомодации глаза делает это поочередно. Красный, оранжевый и желтый цвета на экране видеодисплея могут наблюдаться вместе без перефокусировки, но сочетание голубого с красным требует перефокусировки. Поскольку хромостереопсис может раздражать оператора и вызывать зрительное утомление, его следует избегать.

Исследования времени реакции позволили установить, что реакция на излучение в синей части спектра при низких уровнях освещенности короче, чем на излучение в красной части спектра. Чем слабее свет, тем более критична длина волны, так что при сумеречном зрении ( низкие уровни освещенности от 0.0004 до 0.04 кд/м2) глаз наиболее чувствителен к синей части спектра. Однако при более высоком уровне освещенности (например, 0.2 кд/м2) наименьшее время реакции наблюдается для красного цвета, вслед за которым следует зеленый и желтый.

Число ошибок опознавания цветов в лабораторном эксперименте возрастало вместе с увеличением количества тестовых цветов (сравните, доля ошибок при использовании 10 цветов составляет 2.5%, при использовании 15 цветов – 5.4%, а при использовании 17 цветов – 28.6%). Если от оператора требуется абсолютная идентификация цвета (в отсутствие других цветов для сравнения) максимальное число цветов не должно превышать пяти, если требуется высокая точность, и десяти если допустимо небольшое число ошибок.

Люди, страдающие обычными формами нарушения цветоразличения, испытывают трудности в различении таких цветов, которые отличаются только по соответственным долям в них красного и зеленого. Поэтому цветные элементы, обладающие равной яркостью, должны отличаться не только долями красного и зеленого, но также и долей синего.

Контрастная чувствительность к различным пространственным частотам различна для цветных и черно-белых изображений. Максимум чувствительности цветового зрения сдвинут к низким пространственным частотам, а на высоких частотах чувствительность понижается, причем к желто-синим изображениям в большей степени, чем к красно-зеленым. Поэтому в цвете легче воспринимаются более крупные объекты, например, экран в целом, чем такие мелкие объекты, как знаки.

В общем, чем меньше объект, тем хуже воспринимается его цвет. Если пространственная частота решетки достаточно высока, ее элементы еще могут восприниматься, но их цвет может быть уже не виден. Например, частая решетка из желтых и синих полос неотличима от черно-белой решетки. Черно-белый канал передает высокочастотную пространственную информацию о краях, тонких контурах и мелких деталях, в то время как цвет несет низкочастотную информацию о глобальных аспектах формы. Поэтому цвета легче оценивать на больших поверхностях, а белый и черный – на малых.

Цветом лучше кодировать целые слова или фон, чем символы или отдельные знаки. Необходимо отметить также, что большие по величине экраны обеспечивают более высокое качество цвета, поскольку позволяют получить обширные цветовые поверхности. Возможно, что для алфавитно-цифровых дисплеев наилучший компромисс состоит в использовании для цветового кодирования фона, а знакам можно придать высококонтрастный черный или белый цвет.

Поскольку периферия сетчатки не чувствительна к зеленому и красному цветам, их не следует применять на краях дисплея. Желтый и синий – хорошие периферийные цвета, хотя синий не следует использовать для знаков и тонких линий. Пары дополнительных цветов, например, красный–зеленый и желтый–синий представляют собой хорошие комбинации для цветного дисплея.

Чувствительность глаза с возрастом понижается. Это связано с постепенным изменением прозрачности хрусталика и стекловидного тела глаза. Поэтому для дисплеев не следует брать цвета с малой яркостью, если ими пользуются пожилые люди.

Для мелких деталей не следует применять насыщенный синий цвет, но такой цвет удачен для фона. Наконец, поскольку синий цвет хорошо воспринимается на периферии зрительного поля, он является хорошим цветом для фона на большой площади.

При расположении средств отображения информации и ор­ганов управления (предположим, на панелях пульта) следует учитывать следую­щие основные факторы:

• приоритет;

• группировки в логические блоки;

• взаимосвязь между органами управления и средствами отображения информации.

При установлении приоритета на место расположения необ­ходимо учитывать, как тот или иной орган управления или сред­ство отображения информации используется оператором и како­во его воздействие на работу системы. При этом рассматривают­ся следующие параметры:

• частота и степень использования;

• точность и (или) скорость считывания показаний или ус­тановка позиции органа управления;

• влияние ошибки считывания или запаздывания в выпол­нении операций на надежность и безопасность работы системы;

• легкость манипулирования отдельными органами управ­ления (определяется по точности, скорости, усилиям) в разных местах расположения.

При размещении индикаторов и органов управления на па­нели применяют два способа их группировки;

• функциональный — когда объединяются индикаторы и органы управления, идентичные по функциям или совме­стно используемые при выполнении одной задачи, а так­же относящиеся к одному компоненту оборудования;

• последовательный — расположение в порядке последова­тельности использования.

Средства отображения информации и органы управления — на панелях пульта должны быть расположены следующим образам:

• важные и наиболее часто используемые средства отобра­жения информации и органы управления — в пределах оптимальной зоны;

• аварийные — в легко доступных местах, но не в оптимальной зоне;

• второстепенные, периодически используемые средства отображения информации и органы управления — не в оптимальных зонах, при этом руководствуются в основ­ном правилами группировки и взаимосвязи между ними. Средства отображения информации на панелях пульта груп­пируют и размещают в соответствии с последовательностью их использования или функциональными связями элементов сис­темы, которые они представляют.

При компоновке средств отображения информации необхо­димо обеспечивать:

• обзор и видимость с рабочего места;

• возможность легкого опознания нужного индикатора;

• объединение средств отображения информации в после­довательные или функциональные группы;

• учет взаимосвязи индикаторов с требованиями системы и органами управления, которые влияют на показания этих индикаторов.

При групповом размещении индикаторов для контрольного считывания необходимо выполнять следующие правила:

• при наличии в группе шести и более индикаторов — рас­полагать их в виде двух параллельных рядов (вертикальных или горизонтальных); не делать более 5—6 горизонталь­ных или вертикальных рядов;

• при наличии на панели более 25—30 индикаторов — компоновать их в 2—3 зрительно отличаемые группы.

При компоновке органов управления их располагают в зоне досягаемости, причем часто используемые — на высоте 600...1 000 мм для работы в положении сидя и 1 000...1 400 мм — для работы в положении стоя. Функционально однородные ор­ганы управления необходимо располагать единообразно на всех панелях пультов данной системы, исключая возможность их случайного переключения.