液晶綠色光強(qiáng)度變化對(duì)視覺(jué)暗適應(yīng)的影響

液晶綠色光強(qiáng)度變化對(duì)視覺(jué)暗適應(yīng)的影響

1夜間飛行的顯示效果以顯示的字符作為設(shè)計(jì)前提曝光是一種新型的電子儀表。它具有體積小、重量輕、能耗低、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái),液晶顯示器在航空等領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用,特別是在高性能飛機(jī)上,液晶顯示器正逐漸取代CRT而成為向飛行員顯示信息的重要手段。根據(jù)人的視覺(jué)特點(diǎn),夜間飛行中液晶顯示的字符亮度設(shè)置應(yīng)當(dāng)與座艙整體照明相兼容,以便飛行員既能迅速準(zhǔn)確地辨認(rèn)液晶顯示屏上呈現(xiàn)的字符,又能保持良好的暗適應(yīng)。如果液晶顯示的字符亮度過(guò)高,就會(huì)造成眩目或影響夜間對(duì)艙外的觀察。因此,有必要從人機(jī)工效學(xué)的角度,為機(jī)載液晶顯示器制定出一個(gè)適合于夜間飛行的顯示亮度范圍,這對(duì)于提高液晶顯示的視覺(jué)工效、保證飛行安全具有重要。本研究通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn),考察了液晶顯示的綠色光強(qiáng)度變化對(duì)視覺(jué)暗適應(yīng)的影響,并對(duì)較弱的紅、綠色光在同等強(qiáng)度上的暗適應(yīng)時(shí)間進(jìn)行了比較,目的在于為夜航中合理設(shè)置液晶顯示的字符亮度提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。2方法2.1光的色標(biāo)及其顯示特性實(shí)驗(yàn)是在一臺(tái)有源矩陣彩色液晶顯示器上做的。液晶顯示屏高11.8cm、寬8.8cm,貼近顯示屏表面有一塊中性濾光玻璃。顯示屏中央呈現(xiàn)一個(gè)發(fā)光的正方形色標(biāo),其邊長(zhǎng)為3cm。色標(biāo)顏色分紅色和綠色兩種。紅色標(biāo)的色度坐標(biāo)值x=0.4775,y=0.3365;綠色標(biāo)的色度坐標(biāo)值x=0.3371,y=0.4929。兩種不同顏色的色標(biāo)均在液晶顯示屏黑背景上呈現(xiàn)。由于受所采用液晶顯示器本身顯示特性的限制,實(shí)驗(yàn)中紅色標(biāo)的顯示亮度分為1.5cd/m2和6cd/m2兩個(gè)等級(jí);綠色標(biāo)的顯示亮度分6cd/m2、14cd/m2、22cd/m2和30cd/m2四等。2.2日色值高的蘭道環(huán)暗適應(yīng)的測(cè)量以受試者穩(wěn)定注視液晶顯示屏上較亮的色標(biāo)后辨認(rèn)暗標(biāo)所需要的時(shí)間作為指標(biāo)。暗標(biāo)是一個(gè)亮度很低的蘭道環(huán),位于液晶顯示屏上方12.5cm處。蘭道環(huán)的開(kāi)口方向可以作上、下、左、右4個(gè)方位的變化,暗標(biāo)亮度控制在0.06cd/m2,視距70cm。暗標(biāo)上方有一個(gè)紅色的小亮點(diǎn),以便受試者在對(duì)液晶顯示的色光曝光后能迅速將視線轉(zhuǎn)向暗標(biāo)所處位置。2.3暗適應(yīng)時(shí)間的測(cè)定實(shí)驗(yàn)在暗室中進(jìn)行。每次實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前,受試者先在暗室內(nèi)適應(yīng)30min。實(shí)驗(yàn)時(shí),受試者坐在液晶顯示屏正前方,視距50cm。當(dāng)聽(tīng)到由計(jì)算機(jī)發(fā)出的一個(gè)中頻聲,受試者應(yīng)集中注意雙眼注視顯示屏中央呈現(xiàn)的色標(biāo),在計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制下色標(biāo)會(huì)不定時(shí)地出現(xiàn)短暫的閃爍,要求受試者以按鍵的方式及時(shí)作出反應(yīng)。色標(biāo)持續(xù)呈現(xiàn)3min,然后自動(dòng)消失,此時(shí)受試者應(yīng)迅速將視線轉(zhuǎn)向位于液晶顯示屏上方的暗標(biāo),并仔細(xì)辨認(rèn)暗標(biāo)(蘭道環(huán))的開(kāi)口方向,一旦看清暗標(biāo)開(kāi)口方向,立即按壓相應(yīng)的按鍵,主試采用電子計(jì)時(shí)器記錄受試者辨認(rèn)暗標(biāo)所需的時(shí)間。在每種色光的每檔亮度上,對(duì)每個(gè)受試者分別進(jìn)行兩輪暗適應(yīng)時(shí)間的測(cè)定,每輪3次。為了控制不同試驗(yàn)日受試者暗適應(yīng)水平波動(dòng)帶來(lái)的誤差,在每次實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí),均先用同一暗標(biāo)測(cè)定受試者對(duì)亮度為1.5cd/m2和紅色光曝光3min的暗適應(yīng)時(shí)間,作為該受試者在該次實(shí)驗(yàn)時(shí)間內(nèi)的暗適應(yīng)基準(zhǔn)水平(To),以此基準(zhǔn)值計(jì)算出該次實(shí)驗(yàn)中的各項(xiàng)暗適應(yīng)時(shí)間的相對(duì)值(Tc/To),進(jìn)行分析比較。2.4色覺(jué)正常的特點(diǎn)受試者8人,男6人,女2人,均為在校大學(xué)生和研究生,年齡18～30歲,視力或矯正視力在1.0以上,色覺(jué)正常。每位受試者在正式實(shí)驗(yàn)前均進(jìn)行充分練習(xí),直到熟練掌握判斷暗標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)與方法后才開(kāi)始正式實(shí)驗(yàn)。3結(jié)果分析3.1暗適應(yīng)時(shí)間的比較液晶顯示的紅、綠色光在6cd/m2亮度水平上的暗適應(yīng)時(shí)間(相對(duì)值)列于表1。從表1可見(jiàn),無(wú)論是綠色光還是紅色光,在6cd/m2亮度水平上的暗適應(yīng)時(shí)間均大于基準(zhǔn)值,但相比之下綠色光的暗適應(yīng)時(shí)間的增長(zhǎng)更為明顯,說(shuō)明在同等亮度下綠色光對(duì)暗適應(yīng)的影響大于紅色光。統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)表明,亮度為6cd/m2的綠色光與1.5cd/m2紅色光之間的暗適應(yīng)時(shí)間有明顯差異(t=2.89,P<0.05),它與6cd/m2紅色光間的差異不明顯,兩種不同亮度的紅色光之間也存在顯著差異(t=2.85,P<0.05)。3.2綠色光強(qiáng)度的影響液晶顯示的綠色光在不同強(qiáng)度時(shí)暗適應(yīng)時(shí)間(相對(duì)值)的變化見(jiàn)表2、圖1。從圖1可見(jiàn),綠色光的強(qiáng)度變化對(duì)暗適應(yīng)時(shí)間有影響,隨著光刺激水平的提高,暗適應(yīng)時(shí)間隨之延長(zhǎng)。方差分析表明,綠色光的強(qiáng)度變化對(duì)暗適應(yīng)時(shí)間存在非常顯著的影響(F(3,21)=5.89,P<0.01)。進(jìn)一步的Duncan檢驗(yàn)結(jié)果(見(jiàn)表3)表明,6cd/m2的綠色光與22cd/m2、30cd/m2的綠色光之間以及14cd/m2的綠色光與30cd/m2綠色光之間的暗適應(yīng)時(shí)間均有顯著差異。3.3暗適應(yīng)的測(cè)定我們對(duì)液晶顯示的綠色光在各等強(qiáng)度上的暗適應(yīng)時(shí)間與基準(zhǔn)值(受試者對(duì)亮度為1.5cd/m2的紅色光持續(xù)曝光3min后辨認(rèn)暗標(biāo)所需要的時(shí)間)的差異逐一進(jìn)行統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn),把P<0.01顯著性水平所對(duì)應(yīng)的最低一等綠光強(qiáng)度作為液晶綠色顯示不破壞暗適應(yīng)的亮度上限。表4是統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)結(jié)果。從表上可見(jiàn),夜間使用的液顯示器上綠色字符的亮度上限為14cd/m2。4光刺激物的面積本實(shí)驗(yàn)以受試者持續(xù)注視液晶顯示屏上較亮的色標(biāo)后辨認(rèn)暗標(biāo)所需要的時(shí)間作為測(cè)量暗適應(yīng)水平的指標(biāo),考察了液晶顯示的紅、綠色光對(duì)視覺(jué)暗適的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,隨著光刺激強(qiáng)度的加大,暗適應(yīng)時(shí)間隨之顯示延長(zhǎng),這與前人所作的報(bào)道相一致;但在光刺激強(qiáng)度較低時(shí),綠色光與紅色光之間的暗適應(yīng)時(shí)間無(wú)顯著差異,其原因可能主要與所采用的光刺激物面積較小有關(guān)。實(shí)驗(yàn)心理學(xué)研究表明,人眼有兩種暗適應(yīng)機(jī)制,即錐體細(xì)胞的暗適應(yīng)和桿體細(xì)胞的暗適應(yīng)。本實(shí)驗(yàn)是以液晶顯示屏上呈現(xiàn)的正方形色標(biāo)作為光刺激物,其邊長(zhǎng)為3cm,在50cm視距上所對(duì)應(yīng)的視角為3.4°。由于紅光對(duì)暗適應(yīng)的保護(hù)作用只是在邊緣視覺(jué)充分參與的情況下才會(huì)表現(xiàn)出來(lái),而本實(shí)驗(yàn)中受試者眼睛在曝光時(shí)的光刺激作用主要集中于視網(wǎng)膜的中央窩,故曝光后視覺(jué)感受性隨時(shí)間的變化也就主要取決于錐體細(xì)胞的暗適應(yīng)機(jī)制,以至等亮度的較弱的紅光與綠光之間暗適應(yīng)時(shí)間未出現(xiàn)顯示差異。5各度水平上的暗適應(yīng)時(shí)間由本研究可得出以下結(jié)論:5.1在曝光強(qiáng)度為6cd/m2、光刺激集中于視網(wǎng)膜中央窩的條件下,液晶顯示的紅、綠色光在低亮度水平上的暗適應(yīng)時(shí)間無(wú)顯著差異。5.2液晶顯示的綠色光對(duì)暗適應(yīng)的影響與曝光強(qiáng)度有關(guān),隨