Самохвалов М.К. Элементы и устройства оптоэлектроники (2003) (1095923), страница 15
Текст из файла (страница 15)
При освещении сопротивлениефотопроводника значительно уменьшается и происходит перераспределениенапряжения, поле в электролюминофоре возрастает, что приводит к генерацииизлучения.Оптроны с оптическим входом и выходом целесообразно использовать длясоздания усилителей и преобразователей изображения (например, ИК в видимое, когерентное в некогерентное).65ИНДИКАТОРЫИндикаторы являются составными частями средств отображения информации (СОИ). В соответствии с ГОСТом средство отображения информации устройство обеспечивающее отображение информации в виде, пригодном длязрительного восприятия.В состав средств отображения информации входят две функционально различные части.
1. Светоконтрастный растр, который непосредственно воздействует на наблюдателя. 2. Схема управления - комплекс средств электронного обрамления, осуществляющих необходимую обработку поступающей в электрической форме информации и эффективное управление светоконтрастным растром. Светоконтрастный растр входит в состав индикатора, который представляет собой прибор, отображающий ход процесса или состояние объекта наблюдения в форме, удобной для зрительного восприятия человеком.Индикатор - оптоэлектронный прибор для преобразования электрическихсигналов в адекватное им пространственное распределение яркости (контраста).Согласно этому определению индикатор функционально противоположен фотосчитывающему устройству.
В соответствии с ГОСТом индикатор - оконечноеустройство средства отображения информации, осуществляющее преобразование электрических сигналов в видимое изображение.По роду отображаемой информации все индикаторы делятся на две группы.1. Знакосинтезирующие индикаторы (ЗСИ) для воспроизведения единичныхточек, цифр, букв, шкал измерительных приборов, графиков, мнемосхем.2. Экраны для воспроизведения как перечисленной выше информации, так иподвижных картин телевизионного типа.Простейший элемент знакосинтезирующего индикатора или экрана называютзнакоместом.
Экраны содержат существенно большее число знакомест, чемзнакосинтезирующие индикаторы.Для получения изображения в знакосинтезирующих индикаторах используютнесколько способов:- непосредственное создание на поверхности растра требуемого символа;- набор цифр или букв из отдельных элементов;- набор требуемой информации из отдельных точек, размещенных на поверхности растра в виде прямоугольной матрицы;- в индикаторе без фиксированных знакомест (например, в электроннолучевых трубках) символы «рисуются» при сканировании растра возбуждающим воздействием (электронным лучом).Физиологические основы восприятия излученияПри выработке рекомендаций инженерно-психологического характера используют параметры и свойства, присущие некоторому идеализированному,статистически усредненному оператору потребителю визуальной информациииндикатора.66Особенности зрения заключаются в том, что глаз человека природой оптимизирован для восприятия отраженного солнечного света с длиной волны от 380до 760 нм (hν ~1,6-3,2 эВ).
Солнце дает спектр излучения абсолютно черноготела (Т≈6000 К - λmax=0.5 мкм). В атмосфере Земли поглощается излучение сλ<0,3 мкм (УФ), доля ИК-излучения увеличивается с 43 до 59%; УФ уменьшается с 5 до 1%, максимум интенсивности солнечного излучения на поверхностиЗемли соответствует 555 нм. Глаз является селективным приемником. Особенности светового восприятие заключаются в том, что одна и та же мощность вразличных областях спектра вызывает различные зрительные ощущения яркости.
Связь световой мощности, спектра излучения субъективного зрительногоощущения показывает характеристика спектральной световой эффективностиV(λ) = Фλ/Рλ (лм/Вт). Стандартная зависимость V(λ) является среднестатистической ( - 5% мужчин и 0.5% женщин имеют аномалии цветового зрения). V(λ)= max для λ = 555 нм. Относительная спектральная световая эффективностьК(λ) = V(λ)/V(555) носит название коэффициента видности.Рис. 48.
График относительной спектральной световой эффективности излучения К(λ) (точки с, з и к соответствуют синему, зеленому и красному цветам).Относительная чувствительность глаза обратно пропорциональна мощностимонохроматического излучения, дающей одинаковое зрительное ощущение.V(555) = 683 лм/Вт - фотометрический эквивалент излучения; 1/V(555) = А =0,00147 Вт/лм - механический (энергетический) эквивалент света. Для широкополосного белого света V ≈ 360 лм/Вт. Кривая К(λ) довольно условна, в представленном виде она отражает восприятие для сравнительно высоких освещенностей (более 100 лк), в сумерках максимум восприятия смещается в областьболее коротких волн - эффект Пуркинье (λmax = 510 нм). Детский глаз способенвоспринимает ультрафиолетовое излучение от λ = 315 нм.
Увеличение яркостираздвигает границы видимости, так концентрированное ИК-излучение GaAsлазера с длиной волны λ = 860 нм может восприниматься как красное. Цветаначинают различаться с освещенности Е≈1 лк.Требования к яркости свечения изменяются в очень широких пределах в зависимости от условий работы оператора, внешней освещенности, состоянияфона, наличие других излучателей, требований к скорости считывания, неутомляемости при продолжительной работе и др. Крайние значения яркости - 10-3067кд/м² в полумраке комнаты и (2-5)·105 кд/м² при прямой солнечной засветкеиндикатора.Способность глаза приспосабливаться к восприятию резко различных по светимости объектов характеризуется логарифмическим законом Вебера-Фехнера,связывающим фотометрическую яркость источника В с его физиологическиощущаемой яркостью: Вфзл: Вфзл = a lnB + b, где a и b – константы.
Динамический диапазон восприятия глазом яркостей очень широк 10-7–105 кд/м²,(до 1кд/м² работает сумеречный механизм зрения без цветового восприятия). Практически человек различает не более 8-10 градаций яркости (полутонов), надежно < 4-5, минимально 2 (черное - белое).Пространственные характеристики источника определяет разрешающая способность глаза (угловая) >1`, что соответствует возможности различения нарасстоянии 10 м двух штрихов, разделенных промежутком в 3 мм. Для быстрого и безошибочного восприятия простого объекта (цифры, буквы и т.п.) необходимо, чтобы угловые размеры этого объекта были ≥1°. Относительная высота знака определяется по формуле H = (0.5-1)10-2*R, где R – расстояние отглаза до знака (для наручных часов Н ~ 3 мм, для дисплея H ~10-20 мм). Полный угол зрения близок к 120° по горизонтали, 90° по вертикали. Обзор длязоны максимального разрешения, соответственно, 20° и 15°, поэтому стандартный формат экрана 4:3.Кроме яркости и размеров источника решающую роль в его восприятии играет контрастность светящейся поверхности.
Яркостный контраст К = (В – ВФ)/В,где В – яркость источника, ВФ – яркость фона. Практически для качественноговосприятия важна не столько величина К, сколько ее превышение над пороговой для данных условий контрастностью зависящей от яркости, освещенности,угла зрения и т.д. Необходимо, чтобы К/Кпор≥15-30. Рекомендации по каждойвеличине – яркости, геометрическим размерам, контрасту – даются при ориентации на наихудшее сочетание двух остальных характеристик. Практически,при восприятии индикатора все факторы действуют совместно, поэтому предельные требования могут быть несколько ослаблены.Инерционность зрения (~0.1 с) влияет на оценку временных характеристиксветового сигнала: при достаточно высокой частоте вспышек глаз перестаетощущать мерцание.
Закон Ферри-Портера устанавливает минимальную частотуповторений, при которой глаз оператора не ощущает мельканий: fкр = a lgBср+ b(в зависимости от разрешающей способности глаза a = 1,5-12,5, b = 30-40, обычно, fкр = 45-65 Гц). В соответствии с законом Тальбота физиологическивоспринимаемая (кажущаяся) яркость ощущается глазом как усредненная яркость за период изменения: Вкажущаяся = Вср = Т-1∫ В(t)dt.
Указанные закономерности инерционности зрения должны учитываться при построении схем управления индикаторами, в частности, при выборе режимов мультиплексного управления.Описание восприятия цвета является более сложным. Цветовые каталогивключают до 107 различных оттенков. Трехцветная теория Гельмгольца восприятия цветов основывается на том, что в сетчатке глаза имеется три свето-68чувствительных приемника с различными областями спектральной чувствительности: красной, зеленой и синей.
Этим элементам соответствуют определенные длины волн с максимальной чувствительностью: красный - R (λ = 700нм), зеленый – G (λ = 546 нм), синий – B (λ = 436 нм). Любой другой цвет может быть получен смешением этих основных цветов. Таким образом для описания цвета необходимо трехмерное пространство. Цветовой график МКО (Международной комиссии по освещению) использует двухкоординатное представление цветов (x, y). На этом цветовом графике представлены все цветовые оттенки, связанные с длинами волн источников излучения.Рис. 49. Цветовой график МКО.Цветовой график МКО позволяет определить две основные цветовые характеристики: цветовую тональность, определяемую доминирующей длиной волны излучения, - λ−F, как продолжение прямой линии, проведенной из точки Wчерез точку F, соответствующую выбранному оттенку; цветовую насыщенность, определяемую чистотой цвета, - (W-F)/(W- λ)∗100%.
Кривая линия (локус) B-G-R характеризует насыщенные цвета, создаваемые монохроматическимизлучением с соответствующей длиной волны, а прямая B-R – искусственныецвета, создаваемые смешением синего и красного (пурпурные). Все многообразие реальных цветов лежит внутри локуса. Два цвета, которые в смеси могутдать белый цвет, называются дополнительными цветами. Основополагающаяточка цветового графика W (белый цвет) характеризуется тем, что она не имеетни цветового тона, ни цветовой насыщенности. Такие цвета (вернее, объектытакого цвета) называют еще серыми, бесцветными; единственной их характеристикой является светлота, т.е.
количество света.Цветовой треугольник, имеющий своими вершинами основные цвета системы RGB для данного многоцветного индикатора, показывает, какие цвета могутбыть синтезированы путем их смешения (область внутри треугольника).Использование в индикаторах цветовой гаммы существенно расширяет ихвозможности. Цветом можно дополнительно кодировать информацию, приэтом наиболее различимы красный, белый, желтый, зеленый и пурпурный цвета.
Цвет может служить для подчеркивания свойств объекта. Использованиецвета оказывается важнейшим свойством индикатора при стремлении возбу-69дить особое психофизическое состояние оператора, например, красный цвет –символ опасности.Многообразие индикаторовСуществует ряд факторов, обуславливающих многообразие индикаторов.1. Множество представляемых объектов: цифры, тексты, графики, мнемосхемы, двумерные картины.
Изображение может быть статическим и движущимся,резким и полутоновым, черно-белым и цветным, плоским и объемным.2. Широта областей применения, в соответствии с которыми индикаторы отличаются требованиями к характеристикам восприятия, условиям эксплуатации, стоимости. Существенное значение при выборе индикатора имеет совместимость с используемыми схемами управления. Определяющим является деление индикаторов на устройства коллективного (информационное табло стадиона или вокзала), группового (экран телевизор или дисплея) и индивидуальногопользования (циферблат часов или индикатор калькулятора).3.
Преобладание методов неявной оценки качества отображающих системпосредством субъективных испытаний, а так же те различия в зрительном восприятии, присущие людям.4. Не удается найти единого физического принципа и конструктивно-технологического решения, которые могли бы удовлетворить всю совокупность требований к индикаторам.Но в то же время для оценки применяемых и разрабатываемых индикаторовэти требования можно сгруппировать по некоторым общим признакам.1. Качество восприятия: яркость свечения, контрастность, допустимый уголобзора, восприятие на свету и в темноте, минимальные и максимальные геометрические размеры элементов.2. Цветность: возможность генерации 3-х основных цветов R-G-B и получение любого цвета, чистота цвета, возможность управляемой перестройки цветасвечения и создание многоцветного и полноцветного информационного поля.3.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
