Контраст воспроизводимой информации

В условиях внешней освещенности одним из основных факто­ров надежности считывания (удобочитаемости) информации с активных индикаторов является контраст светящихся элементов относительно фона индикатора. Слагаемыми, оказывающими влияние на изменение показателя удобочитаемости, являются: яркостный и цветовой контрасты индицируемой информации от­носительно фона индикатора и отражение света внешнего источ­ника поверхностью индикатора.

До недавнего времени при проектировании устройств ото­бражения информации разработчиками учитывалось воздействие на удобочитаемость только яркостного контраста и отражения света внешней поверхности индикатора.

Однако, изучение вопроса повышения контраста на сверх­высоких уровнях внешней освещенности показал, что повыше­нием только яркостного контраста без учета контраста цветово­го обеспечить использование полупроводниковых индикаторов затруднительно.

В частности, при наличии в помещениях источников тусклого или умеренного яркого освещения удобочитаемость информации может быть достигнута путем оптимизации только яркостного контраста и снижения количества отраженного от внешней по­верхности индикатора света.

Для обеспечения удобочитаемости информации при наличии высокого уровня внешней освещенности необходимо учитывать не только яркостный, но и цветовой контраст символов (различие цветов светящих­ся элементов и фона), по­скольку чувствительность глаза к источнику излуче­ния, а также к внешней засветке и фону индикатора сильно зависит от длин золь излученного или отраженно­го света.

Понимание важности совместного учета цветового и яркостного контраста было зафиксировано понятием «показатели различимости» в 1975 г. С 1977 г. это понятие встречается в работах по опто-электронной технике, в том числе в работах по ППИ. Результаты исследований вопросов, связанных с показателем различимости, в приложении к полупроводниковым индикаторам изложены в [22].

Рис. 5.4. Спектральное распределение источников света

1 — люминесцентной лампы, 2 — солнечного света, 3 — лампы накаливания

Одним из наиболее доступных способов улучшения показа­теля различимости служит использование оптимальных свето­фильтров.

Качество внешней освещенности (ее спектр) оказывает замет­ное влияние на удобочитаемость информации, а следовательно, и на выбор способов и средств ее обеспечения. Это подтвер­ждается приведенным на рис. 5.4 спектральным распределением для солнечного света, люминесцентных ламп и ламп накали­вания. Поскольку спектр люминесцентных ламп почти не содер­жит красного цвета (относительный выход равен примерно 0,25), а спектры ламп накаливания и солнечного света содержат боль­шую их часть (примерно 0,97 и 0,85 соответственно), то фильтр для индикаторов красного цвета свечения, подобранный для условий засветки от люминесцентных ламп внутри помещения (например, фильтр КС11), может не обеспечить удобочитаемость при ярком солнечном свете.

Яркостный контраст

Существует много различных взаимозаменяемых и часто не­точных для данных условий определений, используемых для выражения этого понятия. Отправной точкой для определения контраста при использовании полупроводниковых индикаторов можно принять определение яркостного контраста Яркостный контраст К индикатора определяется выражением [16] K = K_cK_a, где K_c — собственный контраст индикатора; К_а — коэффициент адаптации, зависящий от адаптации человека-оператора. Величина K_с определяется как отношение разности яркостей эле­мента индикатора и собственного фона индикатора, измеренных при отсутствии внешней освещенности, к яркости собственного фона индикатора. В этом варианте собственный яркостный кон­траст определяется выражением

K_с= (L_H — L_{Ф и})/L_фи,

где L_H — яркость индикатора, кд/м²; L_{ф и} — яркость собствен­ного фона индикатора, кд/м². При этом собственный яркостный контраст может быть представлен в виде K_c = K₁K₂, где K₁= = (L_H — L_фи)/Lи — коэффициент яркосшого контраста; K₂ = = L_и/L_фи — контрастность

Это определение удобно при расчете контраста индикаторов, фон которых является излучающей поверхностью, как, например, на ЭЛТ У полупроводниковых индикаторов фоном является его корпус, т. е. фон при отсутствии внешней освещенности не является светящейся поверхностью.

Учитывая изложенное, при использовании полупроводниковых индикаторов, когда информационная яркость индикатора выше, чем яркость фона, или когда необходимо сделать ее выше, коэф­фициент контрастности или яркостный контраст может быть ква­лифицирован как наблюдаемая яркость свечения светящегося элемента относительно яркости фона. Яркость светящегося эле­мента является в варианте использования ППИ комбинацией све­тового потока, излучаемого ППИ, и света, отраженного поверх­ностью индикатора от внешнего источника освещения. Яркость фона определяется только световым потоком отраженного корпу­сом ППИ света внешнего источника заливающего освещения.

В соответствии с изложенным коэффициент контраста может быть определен выражением

K = (L_H + L_оэ)/L_0ф, (5.1)

где L_H — яркость светящегося элемента; L_{0 э} — яркость света, от­раженного от элемента; L_{n ф} — яркость света внешнего источни­ка, отраженного от фона (корпуса индикатора).

Все вышеназванные составляющие коэффициента контраста зависят от коэффициента адаптации человека-оператора, а кроме того, L_H — от спектра излучения светящегося элемента; L_{0 э} — от спектра излучения источника засветки и относительного от­ражения светоизлучающего элемента; L₀ ф — от спектра излуче­ния источника засветки и относительного отражения фона.

Из (5.1) следует, что повышение контраста, а следовательно, и надежности считывания информации может быть достигнуто при проектировании индикатора двумя путями: во-первых, обес­печением максимального контраста между светящимся элемен­том индикатора L_K и фоном L₀ ф, т. е. обеспечением условия L_H/L₀ ф>1. Это может быть достигнуто либо повышением яркости свечения светящегося элемента, либо выбором мате­риала корпуса индикатора с низким коэффициентом отражения. Второй путь — снижение до минимума контраста между несве­тящимися элементом (L_o.э) и фоном (L₀. ф), т. е. снижением раз-нояркости отраженного от элемента и фона (корпуса индикато­ра) света внешнего источника (L₍₎. -JL_n. _ф= Г). Последнее может быть достигнуто выбором окраски корпуса прибора, совпадаю­щей с цветом несветящегося элемента, при этом коэффициенты отражения корпуса и несветящегося элемента должны быть по возможности одинаковыми. Несветящиеся элементы будут сли­ваться с корпусом, светящиеся — контрастно выделяться на его фоне.

Выпускаемые промышленностью индикаторы гибридной конструкции (как цифровые, так и буквенно-цифровые) разрабо­таны без учета этого правила, поэтому их применение без ис­пользования специальных средств и способов повышения удобо­читаемости даже при низких и умеренных уровнях внешней осве­щенности затруднительно.