第4章 视觉特征和显示装置设计(I)新_1

三色学说：

视网膜上圆锥细胞感应颜色信息。 视网膜上有三种圆锥细胞，分别感受红、绿、蓝三种 基本色。

同等强刺激-白色；同等中刺激-灰色；同等弱刺激-黑 色；
加大颜色对比，避免保护色效应
4．1．8视驼峰现象

由于视神经节细胞的作 用，人在察看物体表面 轮廓非常清晰，即视驼 峰现象。
视驼峰现象的应用
炫光的种类

直接炫光和反射炫光 直接炫光由天然光或强烈人工光源直接引起的。如阳 光或日光灯照到计算机显示屏幕上. 反射炫光是由其他表面反射而来的高亮度光线或高亮 度对比产生的。 如玻璃等反射导致的炫光.


减少炫光的方法

对直接炫光：减少引起炫光的面积；增大视线和炫光 源的夹角；提高炫光周围的亮度
4．1．7 颜色视觉



人眼可以看到波长380780nm的电磁波 小于380nm (紫外线，X 射线等) 大于780nm(红外线，无 线电波等)
颜色
紫色
蓝色 绿色 黄色 橙色 红色
标准波长
420
470 510 580 610 700
波长范围
380-450
450-480 480-575 575-595 595-620 620-780
刻度标记 的数量 刻度盘的最小允许直径 （mm) 观察距离 500mm时 38 50 70 100 150 200 300 25.4 25.4 25.4 36.4 54.4 72.8 109.0 观察距离 900mm时 25.4 32.5 45.5 64.3 98.0 129.6 196.0 25 44 77 0．82 0．72 0．75 0．76 0．72 0．73 6% 4% 12% 圆度盘 直径 /mm 观察时 间/s 平均反 应时间/s 读错率 /%
观察距离和标记数量与盘度直径的关系
认读速度和准确度与刻度盘直径的关系

此外：开窗式仪表，要求无论刻度盘转到任何位置，都能在观 察窗口看到相邻两个刻有数字的窗口。
2 刻度和刻度线设计
刻度大小 度盘上刻度线之间的距离称为刻度。

刻度的大小 一般1-2.5mm, 不得小于0.6-1mm，必要时4-8mm。 过小导致误读率显著增加；

4．1．3 对比感度

颜色对比和亮度对比 Cp=ΔLp/Lb=(Lb-Lo)/Lb Sc =1/ Cp Cp临界对比，Lb背景亮度， Lo零件亮度， ΔLp临界亮度差，人眼刚能辨别零件时，背景和零件 的最小亮度差叫做临界亮度差。 Sc对比感度


4．1．4适应性


暗→明1分钟 明→暗 4-6分钟，完全适应需要30分钟
第四章 视觉特征和显示装 置设计
主要章节

4．1 视觉特征 4．2 视觉的分布与设计布置区的划分 4．3 显示装置和指示式仪表的设计 4．4 电子显示装置设计 4．5 仪表盘的总体布置
4.1 视觉特征

据统计在认识物质世界的过程中，80%以上的信息是 通过视觉得到的。

光、对象和眼睛是构成所谓看见的视觉现象的三要素。


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0
4．3 显示装置和指示式仪表的设计
机器至人的信息传递有视觉显示、听觉显示、触觉显 示等，但是无疑视觉显示是最重要的。 信息传递和处理的质量取决于人接受信息的速度和准 确度，这与视觉显示装置有密切联系。 本节讨论显示装置、刻度盘设计、刻度线选择和字符 选择等显示装置如何配置的问题



对反射炫光：降低光源的亮度；改变光源位置或改变 作业对象的位置；改变刺眼物体表面性质；提高环境 亮度

工具:眼镜和滤光板等
研究方法

生理炫光：用视力变化来研究和评价炫光的作用。

心理炫光；主观心理效果来研究和评价炫光的作用。
4．1．6 视错觉

1 长度错觉

2 方位错觉

3 透视错觉

4 对比错觉

①长刻度线高度 L／90mm ②中刻度线高度 L／125mm ③短刻度线高度 L／200mm

刻度线宽一般为0.1+0.02mm；远距离0.6-0.8mm，刻度线 间距为：L/600 - L/50mm; 刻度方向：是从左到右；从上到下；顺时针方向等

每个刻度的单位值：1，2 ，5或1，2，5X10n个单位
公路上的标志
4．4 电子显示装置设计


随着电子技术和计算机技术的发展，电子显示装置在 各类设备中应用日趋广泛。 例如，各种家电控制面板，数控机床的数控系统面板， 各种计算机显示屏幕，手机显示屏等等。
电子显示装置人机界面分类

硬件人机界面 软件人机界面
Quantum SmartBake: 自动面包烤制机

1 机电产品造型设计，建筑设计，广告设计，装潢和 绘画中，背景和对象之间采用烘云托月的手法。 2 图像识别 3 电视机上色边电路 4 摄影技术



4．2 视觉分布与设计布置区的划分 4．2．1 视觉的运动规律

1．眼睛的水平运动比垂直运动快 2．实现习惯于从左到右和从上到下运动，看圆形内 的东西时，总是沿顺时针方向看的迅速 3．眼睛朝上下方向运动比沿水平方向运动容易疲劳， 对水平方向的尺寸和比例的估计比对垂直方向的估计 要准确得多。
4．4．1字符的形状
检测时间： 大写优于小写；简单优于复杂； 辨别型状优劣： 三角形>圆形>梯形>方形>长方形>椭圆形>十字形

4．4．2字符的大小


字符大小要适当，过小影响识别度；过大不经济。 一般每个字符所占的水平视角在22’左右可以满足要求。
4.1.1 视野
（一） 一般视野

视野一般是指眼睛观看物体的时候，头部和眼球固 定不动，观看正前方所能看见的空间范围。常以角 度表示。
水平视野和垂直视野图

垂直方向上为120或130度，视平线上方60度，下方70度。 水平方向约为180度，两眼内侧视野重合约60度，外侧各90度。 在垂直方向6度和水平方向8度角度内见到的物体落在黄斑。 视角1.5左右的影响落在中央凹上。


操纵者与显示装置间的观察距离； 根据操纵者的位置，显示装置是否布置在最佳视区范 围； 选择有利于显示和认读的形式，以及考虑颜色照明等 条件。
1 刻度盘的形状和大小

刻度盘的形状与认读准确 性关系：
开窗形>圆形>半圆形>水平直 线形>竖直直线形
模拟式仪表形式与误读率
刻度盘的大小


刻度盘的大小与刻度标记数量和人的观察距离有关。 刻度盘大小一般随着它们的增减而增减。但是刻度盘过大，眼睛的扫 描路线变长，反而影响读数的速度和准确性，同时占了安装面积。



模拟显示装置的类型： 开窗形、圆形、半圆形、水平直线形、竖直直线形
模拟式仪表形式与误读率关系


类型：读数用仪表、 检查用仪表、警戒用 仪表、跟踪用仪表、 调节用仪表 功能：供数量认读、 供质量认读、供检查 认读、此外有跟踪、 警戒等功能。
4．3．2指针式仪表设计的人机学问题
需要考虑的人机学参数：


工作面的光亮要均匀，避免产生阴影。 对于夜航飞行，显示屏的亮度不应高于（或低于）显 示屏以外的亮度很多。 避免适应性问题导致的观察或判断延迟，视觉疲劳和 事故。
夜航驾驶舱
4．1．5炫光
炫光的影响 炫光使瞳孔减小，在视野亮度不变的情况下降低了视 网膜上的照度， 炫光在眼球媒质中散射，降低了被看对象与背景之间 对比度。 视觉细胞受高亮度光远的刺激使大脑皮层细胞间产生 相互作用，使观测的对象模糊不清。 总之，炫光导致视力下降，头晕目眩，造成不舒适的视 觉条件，应予以避免。
3符号文字的设计

字符形状：简单显眼，多用直线和尖角，汉字推荐采用宋体或黑 体。 字符大小：尽可能大，一般为观察距离的1/200。 数字的立位：必须任何时候都同指针垂直。正对着操纵者。 符号设计：辨认较复杂的符号的效果比简单和复杂符号的效果好 些（辨认速度快，错误数少）



刻度标示的比较
零点位置：9点和12点位置
指针零点的位置大都在时钟的12点和九点的位置上。
a
b
c
4指针设计


源自文库
形状应单纯明确，头顶尖，尾部平，中间等宽或狭长 三角形（参考钟表） 宽度与刻度线等宽， 不接触盘面，但应当尽量靠近 长度不能覆盖刻度记号，也不能远离刻度 指针颜色与度盘颜色有鲜明对比，与刻度线颜色和字 符颜色相同
4指针设计



形状应单纯明确，头顶尖，尾部平，中间等宽或狭长三角 形。 下面指针分别为：杆形、刀形、带指针的剑形、塔形、直 角三角形、梯形、剑形 指针宽度与刻度线等宽，或为刻度大小的10-n倍。
4指针设计


不接触盘面，但应当尽量靠近 长度不能覆盖刻度记号，也不能远离刻度 指针颜色与度盘颜色有鲜明对比，与刻度线颜色和 字符颜色相同
最小刻度与材料有关
材料名称 刻度单位 （mm) 铜 1.0 铝 1.0 黄铜 0.5 锌白铜 0.5


刻度线类型：单刻度线、双刻度线、递增式刻度线。 刻度线分为：长刻度线、中刻度线、短刻度线。 刻度线最小长度的近似计算 (L 为视距)
④刻度线宽度 L／5000mm ⑤短刻度线间距 L／600mm ⑥长刻度线间距P L／50mm



3 最敏感的色觉范围
白天：555nm的黄绿光 暗视觉：绿光 。 在暗黑天, 视敏感的波长向短波方向移动



4 最小分辨角
最小分辨角为0．7’ -1 ’ 随照度、环境、颜色和视线方向有所变化 例如白天和晚上、航海环境、对象颜色等



4．3．3 设计布置区的划分
A 一般区域： 操作频繁的操纵装置；但不 宜布置精度高的认读频繁的 显示装置。 B 最佳区域： 视觉和手操作的最佳区域 C 辅助区域 D 最大区域
色觉视野图
白色视野最大，其次为黄、蓝、红、绿。
色觉视野和被看对象的颜色和被衬色有关。
（三）微观视野和宏观视野


视距为25cm，人眼能分辨物体两点间最小距离为 0.075mm 显微镜----微观视野 250万倍 望远镜----宏观视野 20亿光年

4．1．2 视角和视力
视角：是被看对象中两点光线投入眼角的相交角度。



选用清晰配色方案：黑与黄、黑与白等。
4．2．2 视区的分布和色觉范围 1 水平方向的视区

10 度为最佳视区 20 度为瞬息区 30 度为有效区



120 度最大视区
2 垂直方向的视区
最佳视线：视水平线下10 度左右 良好视区：视水平线以上10 度和以下30 度 最大视区：视水平线以上60 度和以下70 度



4当眼睛偏离视中心时，在偏 离距离相同的情况下，人眼 对左上象限的观察率优于对 右上象限，对右上优于左下， 右下最差。左上

5 两眼的运动是协调和同步的，不可能一只眼转动而 另一只眼不动，也不可能一眼看，而另一眼不看。 6 对直线轮廓比对曲线轮廓更容易接受 7 颜色对比与人眼辨色能力有一定关系。当人从远处 辨认不同颜色时，易辨认的顺序分别是：红，绿，黄， 白。两种颜色搭配在一起时，易辨认的顺序是：黄底 黑字，黑底白字，蓝底白字，白底黑字等。

4．3．1 视觉显示装置的种类和特点

一般分为三大类：数字显示、模拟显示、电子显示 模拟显示用模拟量来显示机器工作状态各参数的装置 数字显示指直接用数码来显示机器工作状态各参数的 装置 电子显示器综合了模拟显示器和数字显示器的特点， 它既能显示机器工作过程中的某一特定参数和状态， 又能显示其模拟量值和趋势，还能通过图形和符号显 示机器工作状态及各有关参数。


α =2arctg(D/2L) α 视角，D被看对象上两点的距离，L眼睛至被看对象的距离


视力是眼睛识别物体细部的能力，它是眼睛能分辨被 看对象最近两点的视角的倒数。 视力=1/能够分辨的最小物体的视角 作为评价眼睛分辨细小物体清晰度的标准。它与照度、 背景亮度以及对象与背景对比度的增加而增大。 为了提高视力，必须提高背景亮度或照度，或提高零 部件与背景亮度的对比。
零点位置：9点和12点位置
指针零点的位置大都在时钟的12点和9点的位置上。
a
b
c
4．3．3 指示式仪表的颜色匹配

盘面部分 总体效果 特殊用色

盘面部分：选用清晰配色方案：黑与黄、黑与白等。
最常见的指针式仪表

总体效果：使总体颜色协调、淡雅，富有亲切感和明 快感。

特殊用色：
红色的含义是禁止、停止、危险和需立即处理的指示； 黄色的含义是注意和警告； 绿色的含义是安全、正常和允许运行； 蓝色的含义是指令和必须遵守的规定； 白色表示其他状态等；