第06章_视觉特性和视觉显示器的设计.ppt

1、工业心理学,主讲：王伟清,主要内容,第一编 工业心理学导论 第二编 设备设计与使用中的人因素 第三编 作业负荷与生产安全,第二编 设备设计与使用中的人因素,第五章 人机系统 第六章 视觉特性与视觉显示器的设计 第七章 听觉性欲听觉显示器的额设计 第八章 控制器设计的人因素 第九章 计算机设计和使用的人因素,第六章 视觉特性与视觉显示器的设计,第一节 视觉基本特性概述 第二节 视觉显示器的种类及设计原则 第三节 视觉显示器的信息编码 第四节 表盘指针式仪表设计中的人因素 第五节 电子显示器设计和使用中的人因素 第六节 信号灯光显示的人因素 第七节 字符标志设计的人因素,第六章 视觉特性与视觉显示

2、器的设计,本章学习目标： 的视觉感受客观刺激物的空间特性和时间特性的能力及其限度 可见光谱和颜色视觉的关系及影响颜色视觉的因素 视觉信息编码及其传信效率 视觉显示器的基本类型及设计的一半般原则 表盘指针式仪表的变盘、刻度、指针的设计要求及仪表排列原则 灯光信号设计中的人因素要求 字符和符号标志的人因素要求,第一节 视觉基本特征概述,一、视觉空间特性 人的空间视觉能力是人适应世界的基本能力。在视觉显示器的设计与使用中，要求与人的空间视觉能力特点相适应。 1、视野（visual field）是指头和眼球不动时视觉能感受到的空间范围。用视角表示，可分为单眼视野和双眼视野。 人对视野范围内对象的感受能

3、力因对象在视野内的位置而不同。 人感受颜色的视野范围因颜色不同而异。白色视野最大，蓝色次之，红色又次之，绿色最小。,2、视敏度（或视力 visual acuity）,（1）涵义：是指辨认物体细节的视觉能力。 人刚能辨认物体细节的能力通常用人眼节点构成的视角的倒数表示。 （2）影响视敏度的几种主要因素 照明因素(目标亮度、目标四周亮度、目标与背景的亮度对比) 当周围亮度与中心视标亮度相等时，或周围亮度稍低与中心视标亮度时，视敏度最高; 当周围亮度高于中心视标亮度时，视敏度下降，超过几率越大，视敏度下降越快。 C=(Bt-Bb)/Bb C：亮度对比度值、Bt:目标亮度、Bb：背景亮度 主体因素（视

4、网膜部位、瞳孔大小、视觉系统年龄）,二、视觉时间特性,1、视觉适应（visual adaptation） 人眼度光感受的灵敏度，因周围亮度不同而异。一般在暗处灵敏度高，在亮处低，而且随时间变化。 光适应（亮适应）：是指人眼从暗处转向光亮处时，视觉感受性变化的过程，光适应过程大约要15分钟。 暗适应：是指人眼从亮处转向暗处时，视觉感受性随时间二提高的过程。大约要30分钟过更长时间才能完全适应。,2、视后象(afterimage),（1）涵义人的视觉是由光刺激引起的。光作用于眼睛，引起网膜感光细胞的神经冲动，传至大脑，产生视觉。视觉过程总是滞后于刺激过程，当刺激停止作用后，在一定时间内仍然保护着的

5、感觉象称为后象。 （2）类型 正后象：性质，特点与刺激物相同的后象。 负后象：性质、特点与刺激物相反的后象。 （3）影响因素（后象的持续时间受多种因素的影响 ） 引起后象的刺激亮度、刺激时间、网膜成像部位、视觉疲劳,3、闪光融合,作用于人眼的光有时为连续光，有时为间歇光。间歇光一般称为闪光（flicker）。人的闪光感受能力受闪光频率的限制。当闪光频率达到一定次数后，由于视觉后象作用，人就感觉不到它的闪动而看成连续光，即产生闪光融合（flicker fusion）引起闪光融合的最低频率称为临界闪光融合频率fc。 临界闪光融合频率主要受下列因素的影响： 闪光亮度L fc=a logL+b 费里波

6、特定律 a, b为常数 背景光 刺激面积（Fc=cA+d c, d为常数 A为刺激面积）,三、视觉光谱特性,1、电磁波与可见光谱 宇宙空间充满波长不同的电磁波。光也是电磁波。能引起光觉得电磁波叫可见光。可见光只是电磁波中范围很有限的能激发人眼感光细服的活动。,2、颜色光混合,波长不同的光同时作用于人眼，人不是同时产生多种相应的颜色感觉。而是产生于作用光谱色不同的颜色感觉。这时感觉到的颜色称为混合色，色光混合语颜色感觉之间存在如下规律： 补色律（law of complementary colors） 两种颜色混合产生白色或灰色，此两色互为补色。 每一种颜色都有一种与之相应的补色。红色与蓝绿色互

7、为补色。紫色与黄色互为补色。 中间色律 任何两种互补色光混合便产生两色的中间色（intermediary color）中间色的颜色处于两混合光色之间。,2、颜色光混合,色代替律 任何外貌上相同的颜色，不论其光谱成分是否相同，都可以互相替代，并在色光混合上具有与被替代色同样的效果。这就是说，凡是视觉上相同的光色，不论其成分如何，在色混合中等效，可以互相替代。例：黄、蓝互补，可混合得到白色，红、绿为非补色，可混合得到黄色，若无黄色可以用红、绿混合得到黄色在与蓝色混合得到白色 混合色光 混合色光的亮度是相混合颜色的亮度之和。,3、人的色光感受性,人眼对光的感受性因素光谱成分而有所不同。人眼对不同光谱

8、感受性是光谱中间部分高，随着光谱移向长波或短波两端，感受性渐次降低。 人的颜色差别感受性随光谱波长不同稍有差别，有时光只要波长相差1毫微米，人眼就能看出颜色差别。有的波长相差2毫微米才能看出有颜色差别。 颜色差别感受性随光谱波长不同而变化。,4、影响颜色视觉的因素,人的颜色视觉除了取决于光谱波长外，还会受其他因素的影响而发生一定程度的变化，影响颜色视觉的主要因素有： 颜色对比两种颜色在视场中的相邻部位一起呈现时，会由于颜色对比而使颜色感觉发生一定程度的变化。 颜色适应（color adaptation）人眼在颜色刺激的持续作用下，所造成的颜色视觉变化，称为颜色适应。 色光强度人眼对色光的感觉受

9、色光强度影响而变化。 环境照明人对发生体颜色的辨认结果会因环境照明光的强度和色度不同而发生变化，环境照明光的强度越高，颜色辨认的错误也越多。,第二节 视觉显示器的种类及设计原则,一、视觉显示器类型 视觉显示器（visual displays）是利用人的视觉通道传递信息的装置。 1、以显示状态分类 动态显示器：显示的信息状态随时间而变化 静态显示器：显示的信息状态不随时间而变化 2、以显示功能分类 定量显示器 用以显示信息数量 定性显示器 用以显示信息变化趋势，或显示变量的性质与状态的变化 3、以结构和显示方式分类 表盘指针或显示器、信号灯显示器、电子显示器,二、视觉显示器设计的功效学原则,1、

10、视觉显示器的基本要求 鲜明醒目：能使显示的对象引人注意，容易与干扰背景区分开来。 清晰可辨：显示的刺激模式彼此不易混淆。 明确易懂：刺激模式具有明确的意义且易被接收者迅速理解 2、视觉显示的设计和选用原则 根据使用要求，选用最适宜的视觉刺激维度作为传递信息的代码，并将视觉代码的数目限制在人的绝对判别能力的允许范围以内。,2、视觉显示的设计和选用原则,使显示精度与人的视觉辨认特性相适应。显示精度过高，会提高认读难度和增大工作负荷，导致信息接收速度和正确性下降 尽量采用形象直观并与人的认知特点相匹配的显示格式。显示格式愈复杂，人们认读和译码的时间愈长，也愈容易发生差错，应尽量加强显示器格式与所表示

11、意义间的逻辑关系。 对同时呈现的有关联的信息应尽可能实现综合显示，以提高显示的效率。,2、视觉显示的设计和选用原则,目标和背景之间要有适宜的对比关系，包括亮度对比、颜色对比、运动对比和形状对比等。一般说目标要有确定的形状，较强的亮度和鲜明的颜色，必要时还要使目标处于运动状态。背景应尽量保持静止状态。 必须具有良好的照明性质和适宜的照明水平，以保证颜色辨认和细节辨认。 要根据任务的性质和使用条件确定视觉显示器的尺寸和位置 要与系统中的其他显示器和控制器在空间关系和运动关系上兼容。,第三节 视觉显示的信息编码,大部分视觉显示器所显示的不是被显示对象的原形，而是代表显示对象的符号或标记。用作视觉编码

12、的刺激物叫做视觉代码。视觉刺激物的各种属性可作为视觉代码。 一、单维视觉编码 用视觉刺激物的单一属性作为代码进行的信息编码称为单维视觉编码。 1、颜色编码（color coding） 任何颜色都包含着色调、明度和饱和度三种属性。 由于人对颜色的辨认能力要受环境照明条件的制约，因此，在使用颜色编码时，一般不超过56种颜色。,一、单维视觉编码,2、形状编码(shape coding) 指不用几何形状特征作为代码的视觉信息编码。 编码的图形可以用如下所示的各种有规则的平面几何图形，也可用积木式组合图形。,一、单维视觉编码,3、其他编码 线长编码指用线段长短进行的视觉编码。 角度编码指以物体的倾斜度或

13、角度变化作代码的视觉编码 面积编码利用刺激面的大小作代码的视觉编码。 亮度编码指以不同的亮度为代码的视觉编码 闪光编码指以闪光频率为代码的视觉编码。 数目编码指利用刺激物的数目做代码的视觉编码，编码数目4个为宜。 数字或字母编码,二、多维视觉编码,指同时将两个以上刺激特征结合一起作为代码的视觉编码，有两种常见形式： 1、多维余度编码 是指用2个或2个以上刺激特征表示同一信息的编码。 一般说，多编余度编码的单维编码的传言效果好。 2、多维复合编码 指两种或更多种刺激特征结合而不同刺激特征又代表不同信息的编码。,三、不同视觉编码传信效率比较,视觉编码的传信效率受任务性质和使用条件的影响，同一种编码

14、在不同任务中有不同的传信效率。不同编码用于相同任务时传信效率也不相同。,第四节 表盘指针或仪表设计的人因素,表盘指针或仪表显示器（dial-pointer displays），是以指针相对于刻度盘的不同位置来显示信息的视觉显示器。 一、表盘设计 1、表盘形状 表盘形状一般有：圆形、半圆形、方窗形、垂直带形、水平带形等多种。 指针与表盘的运动关系可分为：表盘固定指针动、指针固定表盘动方式，不同形式的仪表适应于不同的显示要求。,一、表盘设计,2、表盘尺寸 表盘尺寸直接影响认读效果 3、表盘与指针运动关系 表盘和指针的运动关系直接影响认读的速度和准确性。,二、刻度标记设计,刻度标记是影响仪表判读的主

15、要因素。 1、刻度间距和读数单位间距 仪表盘上两个最小刻度间的距离称为刻度间距。刻度读数单位间距是需要读出数的最小单位在表盘上的间距。最小刻度间距最好能与最小读数间距一致。 赫葆源（1966）研究了电站开关板电表刻度线间距对判读电表读数的影响，结果发现： 认读仪表的速度和正确性随刻度间距增加而提高。 10弧视角左右的刻度间距是最理想的读数单位间距。 金文雄（1985）研究视距76cm时不同低照度照明下刻度间距大小与仪表判读正确率的关系，结果表明在低照度条件下，刻度间距达到1毫米时，判读成绩就接近最好的水平。,二、刻度标记设计,2、刻度尺寸 表盘上的刻度分为大、中、小三类。最小刻度尺寸的确定应考

16、虑人的视觉分辨能力，照明水平、亮度对比和观察距离等因素的影响。 3、刻度数进级 刻度数进级表明表盘上不同大小刻度简单的读数关系。 刻度进级的选用应满足胰腺癌要求： 最小刻度进级应与读出精度想适应 表盘具有大、中、小刻度时，各类刻度的进级应相互兼容 同时使用多个相同功能的仪表时，仪表刻度进级应尽量一致,二、刻度标记设计,4、表盘数字定位 读数仪表上的数字位置对认读效果具有明显的影响。表盘数字定位应遵循胰腺癌要求： 数字不要设在指针与刻度之间，以免干扰读数，造成错误 指针所指刻度处数字要始终正立。 在视野中要出现表示相邻的进级关系的三个数字。,三、指针设计,指针式表盘或仪表中指示读数的部件。它的设

17、计是否符合工效学要求，对认读效果有重要影响。在指针设计中要特别重视其形状、大小、颜色、以及指针与刻度和指针与表盘的位置关系对认读的影响。 仪表指针应取尾平、头尖、中间等宽的形状。指针长度以刚与小刻度接触为宜，指针头宽度取余小刻度等宽。,四、仪表排列,仪表在仪表板上应按如下要求排列：按仪表重要性或使用频率安排其在视野空间的位置，把最重要和使用最多的仪表安放在正常视线四周15范围内，位置排列顺序应尽可能与仪表的实际使用顺序相一致；仪表应按功能分区排列。,第五节 电子显示器设计和使用中的人因素,阴极射线管是使用得最广泛的电子显示器件，下面主要对阴极射线管显示中的人因素问题作简要讨论: 一、分辨率（r

18、esolving power） 分辨率是指可视图像中最小可辨或可测的细节。通常用屏幕的扫描线数或单位高度内的扫描线数表示。 屏幕的扫描线数愈多，分辨率就愈高。分辨率愈高，图像愈清晰，显示屏上显示的各种符号，其识别的正确率随显示屏分辨率的增高而提高。用相同的分辨率显示不同的符号时，所得到的正确识别率并不相同，这说明人对电子显示符的视觉效果，除了受分辨率影响外，还受显示符号特点的影响。,二、闪烁与余辉,阴极射线管是自发光显示，它是依靠电子来撞击显示屏里侧的荧光粉而发光的。 费里波特发现，人眼的闪烁临界融合频率高低与图像的亮度水平有关，若图像亮度要求高，就会提高闪烁临界融合频率，显示器的刷新频率也相

19、应提高。 阴极射线管的闪光临界融合频率高低不仅随亮度变化，而且还与使用的荧光粉的宇辉长短有关，不同荧光粉由于材料不同，在亮度、色度、衰减度等方面的特性也有所不同。,三、目标和背景亮度,在电视节目上，在同一屏幕上的白衣或黑衣人物因屏幕背景亮度的变化所产生的亮度对比度可以相差几百倍或更大。对比度不断变化时，眼睛由于调节频繁很容易引起视觉疲劳。,四、阴极射线管显示的颜色,阴极射线管显示的颜色易受发光强度的影响而引起色变。 人对阴极射线管显示颜色的感受易受环境照明强度的影响。 阴极射线管彩色显示的效果也受背景色的影响。,第六章 信号灯光显示的人因素,信号灯是用灯光传递信息的视觉显示器。它在工矿企业和交通运输中得到广泛使用。信号灯的传信效果受多种因素的影响。各种信号灯的设计必须设合于它的使用目的和条件。 一、信号灯亮度 信号灯要做到醒目，亮度自然是决定性因素。信号灯的亮度要求与环境照明光的强度有密切关系。室外与室内使用的信号灯的亮度要求应该有所不同。,二、信号灯编码,在使用多个信号灯的场合，需要对信号灯进行编码。信号灯采用多维编码比单维编码更易于辨认，而且具有较大的抗干扰作用。颜色、形