Магистерская диссертация на тему: «Повышение эффективности системы раннего предупреждения столкновения самолета с поверхностью земли» (стр. 8 )

В интервале между минимальной и предельной для данного индикатора яркостью должна обеспечиваться возможность плавного регулирования яркости. Для аналоговых индикационных устройств типа ЭЛТ возможности регулировки характеризовали количеством градаций яркости. Градации яркости различаются в 2 раз (примерно в 1,414 раз). Это отношение не несеткакого-то физического смысла, так как человеческий глаз способен различать внесколько раз меньшие отличия в яркости, а установилось исторически. Для индикационных устройств с линейной яркостной характеристикой, представителем  которых является ЭЛТ, количество градаций яркости SOGсвязано с коэффициентом контрастности Ки следующим  соотношением:

Некоторые из рассчитанных по этой зависимости точек приведены втаблице 5.3.

Таблица 5.3

SOG

Современные плоскопанельные индикаторы (жидкокристаллические и другие) в большинстве случаев не являются аналоговыми: их яркость может меняться только дискретно, то есть с определенным шагом. Диапазон регулирования этих индикаторов характеризуют числом этих ступеней, которое имеет совершенно иной смысл, чем для аналоговых индикаторов, так как ступени отличаются между собой не в 2 раз, а в совершенно другом, выбранном разработчиком, соотношении. Кроме числа ступеней регулирование яркости характеризуется законом регулирования – линейным, логарифмическим или другим. При линейном законе регулирования яркостичисло ступеней указывают в виде отношения, например, 9600:1, что при максимальной яркости 700 кд/м2 означает, что минимальный шаг изменения яркости и минимальное значение яркости составляют 0,079600700 = кд/м2. Для современного авиационного индикатора минимально приемлемым считается диапазон регулирования яркости 4000:1, от 685 кд/м2 до 0,17 кд/м2. Для ЖКИ с учетом влияния на лампу подсвета температуры и старенияжелательно иметь гораздо более широкий диапазон регулирования. У многих современных ЖКИ обеспечивается диапазон регулирования 10000:1, 20000:1 идаже 30000:1.

Регулирование яркости может производиться как вручную пилотом, так иавтоматически самим индикатором. Автоматическая регулировка позволяет безучастия пилота поддерживать необходимый контраст изображения при изменении внешней освещенности. Для этого индикатор должен иметь датчик освещенности. Автоматическая регулировка характеризуется диапазоном регулирования (обычно от 100 до 100000 лк), временем отклика и законом регулирования. [9]

В перспективных индикаторах ожидается диапазон яркости:

- для пассажирских ЛА от 3,4 до 750 кд/м2;

- для военных самолетов от 0,1 до 1200 кд/м2.

Диапазон регулирования яркости должен возрасти до 40000:1.

  §2.7  Контраст.

Видимость предметов определяется также контрастом их поотношению к фону. Контраст характеризует качество воспроизводимой наиндикаторе информации и влияет на время восприятия оператором индикации, скорость считывания и точность опознания, что имеет большое значение вусловиях дефицита времени, отводимого пилоту на обзор индикатора.

Различают яркостный контраст и цветовой контраст. Яркостный контраст характеризует различимость предмета на фоне с точки зрениясоотношения их яркостей, цветовой контраст - с точки зрения соотношения ихцветов.

Есть два вида яркостного контраста, прямой (предмет темнее фона) иобратный (предмет ярче фона). Работа при прямом контрасте является более благоприятной, чем работа при обратном контрасте.

Количественно величина яркостного контраста оценивается как отношение разности в яркости предмета и фона к большей яркости:

При прямом контрасте Bmax – яркость фона, Bmin – яркость символа;

При обратном контрасте Bmax – яркость символа, Bmin – яркость фона.

Контраст может выражаться в относительных единицах или процентах.

Контраст до 0,2 рассматривается как малый, 0,2-0,5 – как средний и более 0,5 – как высокий. Оптимальная величина контраста считается равной 0,6-0,95.

Минимальное значение яркостного контраста, при котором глаз различаетобъект (порог контрастной чувствительности), равен 0,02-0,03 в случае, когдаточно известно направление на объект, и 0,07-0,09 при нефиксированном  наблюдении.

Большое влияние на условия видимости предметов оказывает величина внешней освещенности. Однако это влияние будет различным при работе оператора с изображениями, имеющими прямой и обратный контраст.

Увеличение освещенности при прямом контрасте приводит к улучшению условий видимости (величина контраста увеличивается). При обратном контрасте отраженный от экрана индикатора свет добавляется к излучаемому свету, при этом видимость символов ухудшается (величина контраста уменьшается).

Обеспечение требуемой величины контраста является только необходимым, но еще недостаточным условием нормальной видимости предметов. Нужно знать также, как этот контраст воспринимается в данных условиях. Для его оценки вводится понятие порогового контраста, который равен

где dBпор — пороговая разность яркости, т. е. минимальная разность яркостипредмета и фона, впервые обнаруживаемая глазом, Bф – яркость фона.

Для нормальной видимости величина контраста К должна быть больше Kпор в 10—15 раз.

Величина порогового контраста зависит от яркости и размеровпредметов. С увеличением яркости уменьшается значение порогового контраста, однако при яркости фона от 0 до 3000 кд/м2 пороговый контраст практически не зависит от яркости фона и цветности свечения предъявляемой информации, а определяется только угловым размером изображений (знаков, цифр, символов, геометрических фигур и др.): пороговый контраст уменьшается при увеличении размера изображения, т. е. предмет большегоразмера виден при меньших контрастах.

Для оценки контраста часто вместо яркостного контраста используют коэффициент контрастности Ки (contrastratio)

,

где при обратном контрасте Bmax — средняя яркость символа;

Bmin — средняя яркость фона, при прямом - наоборот.

Яркостный контраст K и коэффициент контрастности Kи связаны между  собой следующим образом:

Часто Ки указывают в виде отношения, например, Ки=4,66 записывают в виде 4,66:1.

Требования к бортовым индикаторам в части яркостного контраста вусловиях максимальной освещенности 100000 лк установлены в ОСТ1 00345-87 и руководстве по эргономическому обеспечению гражданскойавиации РЭО-ГА-ЭТ (не менее, соответственно, 0,5 и 0,6). К настоящемувремени эти требования несколько устарели. Современный уровень требований  отражает таблица 2.4.

Таблица 2.4

У существующих авиационных ЖК индикаторов коэффициент контрастности в условиях высокой освещенности составляет 5-8, при низкой(ночью) – 50-120.

За рубежом также приняты такие характеристики контраста, как:- относительный контраст

- модуляция  яркости (luminance modulation, Michaelson contrast)

.

Так как для краткости все четыре характеристики контраста (K, Kи, Kотн, Kмод) называют просто «контрастом», это часто создает путаницу.

Коэффициент отражения. Яркость фона индикаторных устройств при неизменном уровне освещенности растет с увеличением коэффициента отражения фона. Коэффициент отражения показывает, какая часть падающегона поверхность светового потока отражается ею. Во многом он определяется цветом поверхности и в большинстве случаев находится в диапазоне от 0,07(черный цвет) до 0,9 (белый). Так как большинство электронных индикаторов работает в условиях обратного контраста (черный фон, яркие символы), то при увеличении яркости фона ухудшается контраст изображения, поэтому приразработке электронных индикаторов стараются обеспечить минимально возможную величину коэффициента отражения фона за счет использования нейтральных светофильтров, поляризационных пленок и просветляющих покрытий. В большинстве случаев эти меры негативно сказываются на яркости изображения: она уменьшается.

Свойства отраженного света зависят от строения, направления и формы источника света, от ориентации и свойств поверхности. Отраженный отобъекта свет может быть диффузным или зеркальным.

Диффузное отражение света происходит, когда свет как быпроникает под поверхность объекта, поглощается, а затем вновь испускается.

При этом положение наблюдателя не имеет значения, так как диффузноотраженный свет рассеивается равномерно по всем направлениям.

Коэффициент диффузного отражения зависит от свойств вещества и от длиныволны света, но обычно считается постоянным. Коэффициент диффузногоотражения современных бортовых ЖКИ составляет 0,1-0,2%.

Зеркальное отражение происходит от внешней поверхности объекта.

В отличие от диффузного отражения света, зеркальное отражение является направленным. Коэффициент зеркального отражения зависит от угла падения, однако даже при перпендикулярном падении зеркально отражается толькочасть света, а остальной либо поглощается, либо отражается диффузно. Эти соотношения определяются свойствами вещества и длиной волны света.

Коэффициент зеркального отражения экрана должен быть не более 0,75%.

Сильной стороной ЖКИ является различимость изображения при солнечной засветке, однако в отношении отражения они имеют те же проблемы, что и другие типы индикаторов. Экран ЖКИ состоит из нескольких слоев и каждый слой вносит свою долю в отношении зеркального отражения, кроме того поляризатор изготавливают из пластика и он имеет иной коэффициент преломления, чем соседний слой стекла или клей между ним ислоем стекла.