液晶顯示的顏色編碼范圍及色標大小的實驗研究

液晶顯示的顏色編碼范圍及色標大小的實驗研究

1彩色crt顯示的視覺工效和顏色編碼隨著電子技術(shù)的發(fā)展，計算機終端的彩色黑白顯示器越來越受到重視，并呈現(xiàn)一種逐漸取代crt顯示器的趨勢。在彩色晶顯示器的實際應(yīng)用中,借助顏色編碼有利于操作者加快信息搜索速度,提高信息辨認的準確性。自七十年代以來,國內(nèi)外學(xué)者對彩色CRT顯示的視覺工效和顏色編碼問題作了大量研究。一般認為,在絕對辨認條件下CRT彩色顯示使用的編碼色不宜超過6-7種,最佳為3-4種。液晶顯示器的顯示原理和發(fā)光形式均不同于CRT顯示器,一些研究表明,這兩種電子顯示器在視覺工效方面存在著一定差異。但迄今為止,有關(guān)液晶顯示顏色編碼的工程心理學(xué)研究尚比較少見。本研究根據(jù)我國研制新一代航空電子顯示器的需要,采用一臺有源矩陣彩色液晶顯示器作為主要實驗裝置,對低色溫、低強度背景光照射下液晶顯示顏色編碼范圍及其與色標大小的關(guān)系進行了探討,以期為彩色液顯示器的優(yōu)化設(shè)計提供工程心理學(xué)依據(jù)。2方法2.1晶閱讀器及其顯示主要實驗裝置有Pentium微機、多功能信號發(fā)生器和有源矩陣彩色液晶顯示器各一臺。液晶顯示屏長11.6cm、寬8.8cm,顯示屏表面加有一塊中性濾光玻璃。微機程序通過串口通信向信號發(fā)生器發(fā)送要求呈現(xiàn)色標的指令,信號發(fā)生器根據(jù)接收到的指令在液晶顯示器上呈現(xiàn)相應(yīng)的色標。2.2采集過程中背景光未充放電采用12V、75W全反射放映燈作為液晶顯示器的背景照明光光源,色溫為3100K。背景光經(jīng)聚焦后,以45°角從被試座位右側(cè)照射在液晶顯示屏上,照明強度通過調(diào)整光圈直徑控制,使投射在液晶顯示屏各區(qū)域上的平均照度保持在801x,均勻度為6%。實驗中,用0.2級電流表監(jiān)視通過放映燈的電流,保證放映燈始終工作在設(shè)定的狀態(tài)下。2.3東南角中央緣變化范圍實驗用色標按國內(nèi)研制有源矩陣彩色液晶顯示器的有關(guān)單位的要求選擇,分深藍、綠、淺藍、紅、紫、黃、白七種顏色。色標呈正方形,其大小的變化范圍為1×1mm2至12×12mm2。正式實驗中,七種不同顏色的色標在液晶顯示屏中央黑色背景上隨機逐一呈現(xiàn),液晶顯示器的工作電壓保持不變,故各色標的顯示亮度不完全相同;其中,綠色色標在無環(huán)境照明光時的顯示亮度控制在12cd/m2,其色度值x=0.3371、y=0.4929,其它各色色標的亮度和色度坐標值列于表1。2.4色標大小同長片的類型本實驗采用被試內(nèi)設(shè)計。實驗的自變量為色標大小,分為5個等級,每個等級的色標尺寸和相應(yīng)的視角大小列于表2。因變量為辨認色標顏色的錯誤率。2.5計算機色標的表現(xiàn)實驗對每個被試單獨進行。實驗前,先由主試向被試宣讀指導(dǎo)語,并作必要的演示和說明,接著讓被試作如下練習:(1)對實驗室照明環(huán)境適應(yīng)10分鐘,而后辨認同時呈現(xiàn)在液晶顯示屏上的七種色標,其中綠色色標在無背景光時的亮度為12cd/m2,要求被試記住每種顏色的色貌及相應(yīng)的色名;(2)在有背景照明的液晶顯示屏上隨機逐一呈現(xiàn)各個色標,色標大小保持在12×12mm2,呈現(xiàn)時間為800ms,要求被試進行絕對辨認,并在確認的前提下盡快報出色名,若有錯誤,主試即時糾正,直到被試連續(xù)三遍無誤報為止。每次實驗前均作此絕對辨認練習,以使每次實驗中的色標辨認在同等辨認水平的基礎(chǔ)上進行。正式實驗時,被試坐在液晶顯示屏正前方70cm處,雙眼平視,頭部位置固定。視標的呈現(xiàn)由微機控制,每次呈現(xiàn)時間為600毫秒。每次呈示視標前1秒鐘,先由微機發(fā)出一個蜂鳴聲作為預(yù)備信號,要求被試將注意集中于液晶顯示屏的中央?yún)^(qū)域,仔細辨認緊接著呈現(xiàn)的視標,并按指導(dǎo)語的要求做出口頭報告和相應(yīng)的按鍵反應(yīng)。每個被試對每一等大小的色標分別作70次絕對辨認,七種不同顏色的色標各隨機呈現(xiàn)10次。色標大小的實驗順序在被試間作了平衡。2.6測試對象共16名被試,其中男10名,女6名,年齡19-24歲,均為在校大學(xué)生,雙眼視力或矯正視力在1.0以上,經(jīng)色盲測驗,無色覺異常。3結(jié)果與討論3.1色標面積對混淆的影響以被試對色標顏色辨認的錯誤率作為指標,實驗結(jié)果如圖1所示。從圖上可見,色標辨認錯誤率與色標大小有關(guān);隨著色標的增大,辨色錯誤率隨之下降,但下降率則隨色標的增大而遞減。色標尺寸大于4×4mm2時,辨色錯誤率降至1%以下。方差分析表明,不同大小色標間辨色效果有十分顯著的差異[F(4,60)=30.08,p<0.01]。進一步的Duncan檢驗結(jié)果(見表3)表明,除了4×4mm2、8×8mm2和12×12mm2三個等級間辨色效果無顯著差異外,其他各等大小的色標間均存在顯著差異(p<0.05)。國內(nèi)一些研究者曾經(jīng)報道,人對反射體表面色的絕對辨認能力與色標面積有關(guān),增大色標面積有利于提高辨認效果。本實驗得出,在對彩色液晶顯示器的顯示色的絕對辨認中,色標面積也具有同樣的效應(yīng)。由此可見,人對液晶顯示器的顯示色的知覺水平也與光刺激面積有關(guān)。根據(jù)實驗結(jié)果,色標辨認中的錯誤是由于各色標間的混淆所致。我們將各種實驗條件下的辨色結(jié)果制成如表4所示的“刺激色—反應(yīng)色”混淆矩陣,用以分析各色標間的混淆特點。由表中可見,色標間的混淆具有一定的選擇性,這種選擇性與色標間的色度相似有關(guān),同時也與各色標在亮度上的分布特點有密切關(guān)系。本研究根據(jù)飛機機載液晶顯示器的實際使用情景,在正式實驗中將液晶顯示器的工作電壓設(shè)置在一個固定的水平上。因此,實驗選用的七種色標在顯示亮度上不盡相同;其中,深藍色、紅色與紫色三種色標的亮度比較低,其差異也比較小,而白色與黃色兩種色標的亮度比較高,兩者間的差異也相對較小。從實驗結(jié)果來看,在液晶顯示器工作電壓保持不變時,顯示亮度相近且視角較小的色標間容易發(fā)生混淆。表5對七種色標在不同大小時的混淆情況作了比較?？梢钥吹?色標間的混淆也與色標大小有關(guān);當色標面積大于4×4mm2時,七種不同顏色的色標均能被準確辨認,相互間不發(fā)生混淆率;而當色標面積降至4×4mm2以下時,色調(diào)相似或亮度接近的色標間容易發(fā)生混淆,并且混淆率隨色標面積的減小而加大。根據(jù)各色標間的混淆關(guān)系,我們將本實驗條件下混淆率小于2%的色標分別組成不同色標大小條件下的液晶顯示顏色編碼系統(tǒng),見表6。4色標大小對染色編碼范圍的影響本研究主要得出以下結(jié)論:(1)在色溫為3100K、照度為8021x的背景光照射下,液晶顯示的色標大小對絕對辨認效果有顯著影響。隨著色標的增大,辨認錯誤率隨之下降,但下降率則隨色標的增大而遞減。(2)彩色液晶顯示器上不同種色標間的混淆具有選擇性,這種選擇性除了與色標的大小、色調(diào)有關(guān)外,還與各色標在顯示亮度上的分布特點有密切關(guān)系。在液晶顯示器工作電壓保持不變的條件下,顯示亮度相近的色標間較容易發(fā)生混淆。(3)在本實驗條件下,液晶顯示顏色編碼范圍因色標大小不同而存在差異;隨著色標的增大,顏色編碼范圍相應(yīng)地擴大。當色標大小為8×8mm2至12×12mm2時,編碼色數(shù)目可達7種;在4×4mm2時為6種;