楊寧
摘要:駕駛艙顯示系統(tǒng)合理的色彩設(shè)計可降低飛行員對色彩的混淆,增強對關(guān)鍵飛行信息的注意力,顯著提高飛行安全性。該文結(jié)合適航規(guī)章在顯示系統(tǒng)色彩方面的要求,分別從引起注意和告警、色彩編碼要求、對比度和可讀性、圖像色彩的使用和色差定義方面深入分析設(shè)計理念和原則,在適航規(guī)章要求的基礎(chǔ)上提出顯示系統(tǒng)色彩定義的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn),可作為提高駕駛艙人機工效的重要組成部分。
關(guān)鍵詞:色彩標(biāo)準(zhǔn);人機工效;CIE1931;CIE1976
中圖分類號:TP311 文獻標(biāo)識碼:A 文章編號:1009-3044(2017)26-0174-02
Abstract: Rational design of cockpit color standard could reduce pilots color confusion and improve the critical flight information getting-attention which highly enhances the flight safety. Combined with the airworthiness regulations for display color, this paper deeply analyzes the design philosophy in terms of attention and alerting, color coding, contrast and legibility, color usage and color difference. Display color standard as the key component of cockpit human-machine effect is also proposed on the basis of related regulations.
Key words: Color standard;Human-machine effect;CIE 1931;CIE 1976
1 概述
駕駛艙合理的人機工效可有效保證飛行安全和提高系統(tǒng)效率,人機工效設(shè)計主要涉及軟件、硬件、環(huán)境和人,人的交互包括與硬件、軟件、環(huán)境的交互。其中,人與顯示系統(tǒng)的交互尤為頻繁和重要,交互元素主要包括顯示色彩、亮度、符號、形狀、體積等。由于飛機的飛行信息的傳遞方式主要通過視覺實現(xiàn),因此顯示系統(tǒng)的色彩和亮度的設(shè)計顯得尤為關(guān)鍵。顯示系統(tǒng)合理的色彩可顯著提高情景警覺,是保證飛行安全的有效措施。
2 顯示色彩適航要求
色彩包括亮度、色調(diào)、飽和度三種屬性,國際照明委員會(CIE)建立色度體系用來表征色調(diào)和飽和度[1],如CIE1931、CIE1976等,如圖1所示。
FAA咨詢通報AC25.1302-1中第5-5.b.(3)(a)指出駕駛艙應(yīng)執(zhí)行統(tǒng)一的色彩理念,如果在評估允許的情況下色彩統(tǒng)一性可稍有偏差[2]。在所有駕駛艙應(yīng)用中采用統(tǒng)一的色彩理念尤為重要,其原因在于色彩具有分散注意力的特性,但是過度使用色彩則會造成視覺阻礙和閱讀度下降的風(fēng)險,因此合理使用色彩可以幫助飛行員進行信息識別和注意力獲取。該規(guī)章建議顯示系統(tǒng)應(yīng)避免使用過多色彩表達飛行信息,大量的色彩信息會干擾飛行員對飛行信息的組織和獲取。顯示系統(tǒng)應(yīng)采用保守的色彩集合,在較小區(qū)域內(nèi)盡量不超過7種色彩編碼,包括白色、紅色、綠色、藍色、黃色(琥珀色)、青色和洋紅色。
AC 25-11A, 31.c.(5)(g)建議在所有可預(yù)見的照明和工作條件下與其他顏色搭配使用時,每個編碼的顏色應(yīng)有足夠的分離色度,以便識別和區(qū)分于其他顏色[3]。同時應(yīng)避免類似亮度的顏色組合,包括飽和紅色和藍色、飽和紅色和綠色、飽和藍色和綠色、飽和黃色和綠色、黃紫色、黃綠色、黃白色、綠色洋紅、洋紅色黑色、綠白、藍色黑色、在黑色的紅色。AC 25-11A強調(diào)色彩的分辨度容易受到某些因素的影響,諸如人眼分辨色彩的能力、光線條件、顯示器性能和觀測角度等。
3 顯示系統(tǒng)色彩的應(yīng)用原則
3.1 引起注意和告警
色彩相對于其他編碼技術(shù)易于理解,但系統(tǒng)設(shè)計者應(yīng)理解色彩的相對辨識和絕對辨識的概念[4]。相對辨識是指兩種顏色能夠被區(qū)別,絕對辨識是指觀察者對兩種顏色給出同一個色彩名稱。相對辨識的顏色數(shù)量非常多,而絕對辨識的顏色只有8到12種。
在一定限制條件下,色彩是對特殊信息告警和提高注意力的有效途徑,在作為告警手段時,易受到背景顏色或相似顏色的干擾。例如,黃色和琥珀色在多功能顯示器上很難進行區(qū)分,尤其是受到變化的外界環(huán)境和觀察角度影響的情況下。在顯示器上連續(xù)或同時使用相似顏色(色度空間相鄰),可能導(dǎo)致注意力降低以及對顏色產(chǎn)生混淆,尤其在外界光照在顯示器上的時候。雖然LCD具有較大的色域,但外界光依然降低了顏色飽和度,使色差不明顯。因此顯示器可使用顏色種類的最大數(shù)目不得超過7種。
3.2 色彩編碼要求
如果某一種顏色單獨指定一種信息,那么顏色編碼被稱為非冗余。如果兩種或兩種以上顏色混合使用,則是冗余編碼。在考慮視覺缺陷、周圍強光的情況下,冗余編碼更能夠準(zhǔn)確傳遞信息。但需要符合通用慣例,非冗余顏色,紅色警告,黃/琥珀色警戒,綠色正常。用于時間關(guān)鍵參數(shù)顯示時,顏色編碼應(yīng)該與形狀或標(biāo)簽冗余。很多航電公司和飛機制造商均制定了內(nèi)部顏色標(biāo)準(zhǔn),一方面降低了錯誤發(fā)生率(進而用于訓(xùn)練),一方面使其產(chǎn)品具有特定的外觀和感覺。駕駛艙和顯示器看起來越舒適,使用者感覺系統(tǒng)工作起來越流暢。最后,F(xiàn)AA、EASA等建立一系列顏色編碼標(biāo)準(zhǔn)。
3.3 對比度和可讀性
雖然亮度對比度是影響文字和圖形的辨認度最重要的因素,但合理應(yīng)用顏色也會提高辨認度(符號和背景顏色在CIE色度圖中的空間距離),紅和綠,藍和黃。若亮度對比已經(jīng)提供了足夠的辨認度,那么再增加色度對比效果可能不是很明顯。藍色熒光粉具有低亮度輸出;藍色位于視網(wǎng)膜的前端;人眼的藍色感光細胞相對于紅、綠色的貧乏。人眼對色彩的敏感度如圖2所示[5]。endprint
影響辨認度的因素包括顯示器本身技術(shù)、人眼構(gòu)造、顏色亮度的潛在順序。在同一平面、兩個不同顏色的物體之間的顯著差異就是顏色的立體視覺。顏色立體視覺的原因是:人眼本身的色像差使帶顏色的光產(chǎn)生不同程度的擴散。顏色在深度方向偏離的變化隨著光進入瞳孔偏離距離而變化;也隨著置于眼前棱鏡的光功率變化而變化。偏離中心的距離,或棱鏡是否匯聚和發(fā)散決定了哪種顏色先被看到。人類正常視覺的視敏度是1角分,當(dāng)視角小于30角分(1度等于60角分)時,藍色和黃色的分辨度會降低,若繼續(xù)降低至15角分,紅色和綠色也會難以分清。
如何保持充足的顏色對比度變得非常困難,例如將文字或符號疊加于在氣象雷達或地形告警顯示上。當(dāng)顏色應(yīng)用于層疊圖形區(qū)域時(氣象雷達位于地形之上),幾種顏色可能相互影響并且使文字或符號變模糊。為了保證這些元素正常顯示,通常對顏色的透明度進行處理,使背景顏色能夠被人眼察覺。
3.4 圖像色彩的使用
顯示系統(tǒng)應(yīng)該避免使用高飽和度的顏色(滿量程灰度),其原因是高亮的顏色應(yīng)該應(yīng)用于符號或文字的疊加。選擇大范圍的顏色相當(dāng)于間接調(diào)節(jié)環(huán)境燈光,比如在夜晚其可以提高整體亮度,幫助人們注意到原本眼睛不敏感的顏色,如深藍。選擇大范圍的顏色時,需考慮其能否獲得較好的背景和數(shù)據(jù)之間對比度的能力。
基于以上考慮,大范圍的顏色可用于設(shè)置重要數(shù)據(jù)和背景采用較高的對比度,非重要數(shù)據(jù)和背景采用較低的對比度。大范圍的顏色用來模擬現(xiàn)實色彩——天空用藍色,地面用棕色。大范圍的顏色還可以用于提高性能,比如系統(tǒng)采用淡藍和黃色兩種背景,那么其交叉處則會產(chǎn)生綠色背景。當(dāng)然也不排除使用超過7種顏色的情況,但要保證使用多種顏色能夠提高系統(tǒng)性能。如果在黃色或琥珀色區(qū)域上出現(xiàn)黃色告警信息,那么需要避免相似顏色的沖突。一種方法是改變兩者的優(yōu)先級,突顯背景下的告警信息,或者暈化告警信息。為了降低背景和前景間不必要的α混合帶來的影響,應(yīng)使用合適的透明度以消除產(chǎn)生其他顏色的可能性。為區(qū)別大區(qū)域內(nèi)同等重要不同意義的信息,應(yīng)使用非相似顏色。
3.5 色差定義
當(dāng)前沒有一種單獨的色差測量方法,可以對涉及顏色的工作給出準(zhǔn)確的測試結(jié)果。針對色差問題,最新提出的CIEDE2000能夠最大限度反映顏色之間的差異,有可能取代CIELUV,但仍存在很多問題。在涉及符合辨識度方面,由于CIE Delta E*00沒有足夠的標(biāo)準(zhǔn),無法預(yù)知在辨識度方面的效果。在涉及絕對辨識顏色的情況下,沒有一個色差方法能夠準(zhǔn)確測量出性能,這就要求在選擇少量顏色的同時,還需滿足較廣色度空間的要求。此情況下CIEDE2000可作為首選。任何與色差相關(guān)的情況,最終的顏色是定義都必須基于真實環(huán)境下的儀器測試。顏色的使用要以提供性能為目的,而不是單單考慮美學(xué)。
4 結(jié)束語
顯示系統(tǒng)的色彩在駕駛艙人機工效設(shè)計的范疇內(nèi)意義重大,合理的色差不僅可顯著提高情景警覺,更是保證飛行安全的有效措施。本文依據(jù)適航規(guī)章AC 25.1302-1和AC 25-11A,從顯示色彩角度提出在顯示系統(tǒng)定義色彩時應(yīng)遵循的原則和注意事項,為民機駕駛艙人機工效的發(fā)展鋪墊一定基礎(chǔ)。
參考文獻:
[1] Supplement No. 2 to CIE Publication No. 15, Recommendations on uniform color spaces color difference equations - Psychometric Color Terms.
[2] FAA AC 25.1302-1. Installed systems and equipment for use by the flightcrew [S]. 2013.
[3] FAA AC 25-11A. Transport category airplane electronic display systems [S]. 1987.
[4] ARP 4256A. Design objectives for liquid crystal displays for Part 25 (Transport) aircraft [S]. 2001.
[5] ARP 4032B.Human Engineering Considerations in the Application of Color to Electronic Aircraft Displays. 2013.endprint