ИНДИКАТОР МАТРИЧНЫЙ С НАИЛУЧШИМ ВОСПРИЯТИЕМ ЦИФРОВЫХ ЗНАКОВ Российский патент 2008 года по МПК G09G3/14 

Изобретение относится к средствам отображения информации (СОИ), значительную область применения которых представляют матричные знакосинтезирующие индикаторы (ЗСИ).

Индикатор матричный с наилучшим восприятием цифровых знаков может найти применение во всех средствах отображения информации, в которых требуется улучшения восприятия цифровых знаков с одновременным уменьшением энергетических затрат при их формировании.

Матричные индикаторы позволяют в синтезированном виде высветить сложную информацию в виде знаков, букв русского и латинского алфавита, символов и десятичных цифр от 0 до 9. И на долю цифровой информации приходится наибольший расход энергетических затрат в различных устройствах вычислительной и измерительной техники.

Большой расход электропитания, который является одним из недостатков полупроводниковых ЗСИ /1 - стр.68/, в немалой степени объясняется их начертанием с большим числом элементов в отображаемых знаках. К другим недостаткам этого начертания относятся также:

1) неравномерность количества позиционных элементов в знаках;

2) невысокая разрешающая способность знаков по их ширине и высоте;

3) неравномерность энергопотребления в знаках;

4) неравномерность яркости свечения знаков.

И как результат этих недостатков - невысокое восприятие знаков, выражающееся в затруднении различения между некоторыми знаками и скорости опознания их.

Стремление достигнуть уменьшения наименьших энергетических затрат и улучшения восприятия десятичных знаков снижением числа элементов приводит к непривычности начертания знаков.

Непривычность начертания знаков при этом должна быть оправдана не только уменьшением энергетических затрат, но и наилучшими эргономическими параметрами восприятия их - наибольшей разрешающей способностью как по высоте, так и по ширине знака.

Целью предлагаемого изобретения является:

1) уменьшение среднего числа элементов на цифровой знак;

2) уменьшение энергопотребления на цифровой знак;

3) улучшение параметрических характеристик цифровых знаков: увеличение разрешающей способности по их высоте и ширине.

Указанная цель достигается формированием новых десятичных цифровых символов на информационном поле матричного индикатора с минимально возможным числом точечных элементов в знаке.

Важным требованием к индикатору является обеспечение возможности восприятия отображаемой цифровой информации с заданных расстояний наблюдения. Исходя из этих требований, устанавливаются требования к параметрам ЗСИ: расстояние наблюдения, угловой размер знака, линейный размер знака по высоте /1 - стр.98/.

Для правильного выбора линейных размеров цифровых символов (высоты, ширины, толщины знака) необходимо знать угловой размер изображения, определяемый остротой зрения. Угловой размер изображения - это угол между двумя лучами, направленными от глаза к крайним точкам (линиям) изображения

α=2 arctg (h/2L), или h=2L tgα/2, L=h/2tgα/2,

где h - линейный размер знака по высоте; L - расстояние от глаза до знака; α - угловой размер знака или угол зрения, под которым виден знак /2 - стр.115/.

Исходя из расстояния наблюдения L, устанавливаемого опытным путем, и оптимального значения углового размера изображения, находят высоту знака h. Зная высоту знака, можно вычислить его ширину, толщину контура, а также расстояние между знаками. Ширина знака должна составлять (3/5)h, толщина знака или ширина контура знака - (1/8)h, а расстояние между знаками - 1/2 ширины знака /2 - стр.116/.

Однако для количественной оценки восприятия отображаемой цифровой информации недостаточно этих величин, найденных опытным путем. Так, например, восприятие различных знаков одного и того же семисегментного формата индикатора будут различны при одном и том же расстоянии наблюдения и при одном и том же угловом размере их. Цифры 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 (фиг.1в) различаются числом и расположением сегментов, различной величиной площади, занимаемой позиционными элементами, и величиной площади («окном»), расположенной между этими позиционными элементами, различной разрешающей способностью. Разрешающая способность знака оценивается по возможности различения оператором двух воспроизводимых линий, находящихся на некотором расстоянии друг от друга /2 - стр.115/.

Так, например, при рассмотрении начертания цифр семисегментного формата индикатора следует заметить, что при одной и той же высоте отображаемых знаков и их углового размера по высоте дальность наблюдения по формуле одна и та же (L=h/2tg α/2). Но нельзя сказать, чтобы восприятие любого семисегментного знака с одного и того же расстояние было одним и тем же. Если сравнить начертания цифровых знаков 8 (фиг.1а) и 0 (фиг.1б), то окажется, что дальность расстояния при рассмотрении цифры 0 можно увеличить. Эффективный угловой размер по высоте цифры 0 в два раза больше /3/, или, иначе, больше у нее разрешающая способность по высоте вследствие отсутствия среднего сегмента в начертании этой цифры. Цифры 1 и 7 имеют наибольшие разрешающие способности вследствие того, что в их начертаниях присутствуют всего лишь один-два сегмента (горизонтальный и вертикальный) и, кроме этих сегментов, нет других вертикальных или горизонтальных сегментов, находящихся на некотором расстоянии от них, ухудшающих различение оператором этого знака. В четырехсегментном формате индикатора 131 имеются уже 5 цифровых символов (1, 2, 4, 5, и 7), в начертаниях которых используются не более двух сегментов. Разрешающая способность этих знаков наибольшая. Восприятие этих знаков наилучшее.

Под восприятием понимают процесс целостного отражения предметов, возникающий при непосредственном воздействии физических раздражителей (стимулов) на рецепторные поверхности органов чувств. Этот многоуровневый процесс, заканчивающийся формированием чувственного образа, включает следующие стадии: обнаружение, различение, идентификация, опознание /4 - стр.46/.

Обнаружение - стадия восприятия, на которой оператор выделяет объект из фона. При этом устанавливается лишь наличие сигнала в поле зрения без оценки его формы и признаков /4 - стр.46/.

Для количественной оценки восприятия знаков на стадии обнаружения без оценки его формы и признаков воспользуемся габаритными размерами информационного поля матричного индикатора (8×8=64 мм²) типа КИПГО2А-8×8Л /5 - стр.353/ без учета расстояния между точечными элементами. Матричный метод отображения, для удобства вычислений, позволит наглядно, не проставляя размеров на фигурах, определить:

1) габаритные размеры знаков по ширине (Lзн) и высоте (hзн);

2) площадь, занимаемую знаком (Sзн);

3) площадь, занимаемую позиционными элементами отображения знака (Sпэ);

4) площадь, расположенную между этими позиционными элементами отображения (площадь «окна» - Sок);

5) ширину контура знака (s).

Габаритные размеры элемента излучения информационного поля матрицы на любой фигуре материалов заявки принимаем размером 1×1 мм².

Придавая площади, занимаемой позиционными элементами отображения знака (Sпэ), значения от 0 до 64 мм² (при отображении знаков используется все информационное поле индикатора КИПГО2А-8×8Л) дискретно через 2 мм², можно проследить зависимость отношения площади позиционных элементов к площади «окна» (Sпэ/Sок) от площади позиционных элементов (Sпэ) и обратную зависимость - отношение площади «окна» к площади позиционных элементов (Sок/Sпэ) от площади позиционных элементов (Sпэ). Площадь, занимаемую «окном» (Sок), вычисляем по формуле Sок=Sзн-Sпэ, где Sзн - площадь знака, равная 64 мм² (Sзн=Sпэ+Sок), занимающая все информационное поле индикатора. На фиг.1г-1л отображено заполнение информационного поля произвольными фигурами с определенной площадью, кратной 2 мм², позиционных элементов.

Для каждой пары величин Sпэ и Sок, при постоянной площади знака (Sзн=Sпэ+Sок), находим отношение Sпэ/Sок (при условии Sпэ<Sок) и все цифровые данные заносим в таблицу №1 (фиг.2а).

По данным таблицы №1 построен возрастающий участок АВСМ (Sпэ=0-32 кривой (от нуля до точки М)) зависимости отношения Sпэ/Sок (фиг.3а) от площади позиционных элементов отображения знака (Sпэ). Точки А, В, С, М кривой соответствуют значениям величин площади позиционных элементов, отображенных на фиг.1г-1ж соответственно. В таблице №1 эти точки отмечены «звездочками». Максимальное значение величины отношения Sпэ/Sок равно 1 (точка М, фиг.1ж), достигаемое при равенстве площади позиционных элементов и площади «окна» (Sпэ=Sок=32 мм²). Величина отношения Sпэ/Sок характеризует возможность обнаружения знака без оценки его формы. И чем больше эта величина (при Sпэ<Sок), тем возможность обнаружения знака выше. На возрастающем участке кривой ABCMDEF (фиг.3а) возможность обнаружения знака увеличивается (фиг.1г-1ж), когда меньшая площадь позиционных элементов (Sпэ=0-32 мм²) выделяется на фоне большей площади «окна» (Sок=64-32 мм²).

В точке М кривой величина отношения Sпэ/Sок равна обратной величине этого отношения (фиг.1з) Sок/Sпэ (при Sпэ>Sок), которая также характеризует возможность обнаружения знака. В этой точке возможность обнаружения знака максимальна (Sпэ=Sок).

Для построения убывающего участка кривой (фиг.3а), для каждой пары величин Sпэ и Sок (Sпэ>Sок), находим отношение Sок/Sпэ (при Sок<Sпэ) и все цифровые данные заносим в таблицу №2 (фиг.2б). По данным таблицы №2 построен убывающий участок MDEF кривой (от точки М вправо до 0) зависимости отношения Sок/Sпэ от площади позиционных элементов отображения знака (Sпэ). Точки М, D, Е, F кривой соответствуют значениям величин площади позиционных элементов, отображенных на фиг.1з-1л соответственно. В таблице №2 эти точки отмечены двумя звездочками. На убывающем участке кривой ABCMDEF (от точки М вправо до 0) возможность обнаружения знака уменьшается (фиг.1з-1л) при уменьшении площади «окна» (Sок=32 мм²-0). Все более выявляется площадь «окна» на фоне большей площади позиционных элементов (Sпэ=32-64 мм²).

Кривая ABCMDEF, состоящая из возрастающего и убывающего участков, характеризует возможность обнаружения знака в зависимости от соотношений:

1) площади позиционных элементов к площади «окна» (Sпэ/Sок) на возрастающем участке кривой при Sпэ<Sок от 0 до 1 (увеличивается возможность обнаружения знака);

2) площади «окна» к площади позиционных элементов (Sок/Sпэ) на убывающем участке кривой при Sок<Sпэ от 1 до 0 (уменьшается возможность обнаружения знака).

Симметричная форма двух участков общей кривой относительно прямой (OMN), проходящей через точку М перпендикулярно оси абсцисс, подтверждает равнозначность величин Sпэ/Sок и Sок/Sпэ по возможности обнаружения знака, расположенных по разные стороны от оси симметрии.

Максимальной возможностью обнаружения знака (точка М на кривой) является условие, при котором площадь позиционных элементов равна площади «окна» (Sпэ=Sок). И, следовательно, отношение площади позиционных элементов (Sпэ) к площади «окна» (Sок) равно 1 (Sпэ/Sок=1) или, что то же самое, равно 1 отношение площади «окна» к площади позиционных элементов (Sок/Sпэ=1).

Только при достижении равенства значений величин площади «окна» и площади позиционных элементов (Sпэ=Sок) возможность обнаружения знака максимальна (Sпэ/Sок=1).

Точка М (фиг.3а), в которой соблюдено условие равенства площади позиционных элементов и площади «окна» (Sпэ=Sок=32 мм²), отображена результатами вычислений (Sпэ/Sок и Sок/Sпэ), относящихся к фиг.1ж и фиг.1з. В двух таблицах №1 и №2 (фиг.2а, фиг.2б) эти результаты отмечены одной и двумя «звездочками» соответственно.

Подобным же образом построена кривая GHIMJKL (фиг.3а). Для построения этой кривой выбран другой метод, который отличается тем, что функция, равная произведению аргументов (Sпэ×Sок), деленному на сумму этих аргументов (Sпэ+Sок), выражена величиной с размерностью площади (мм²). Т.е. числовые значения функции показывают не просто возможность обнаружения знака в относительных величинах, а показывают величину эквивалентной площади обнаружения (Sобн) знака в каждой точке кривой. Кривая GHIMJKL, отображающая функцию Sобн=(Sпэ×Sок):(Sпэ+Sок) в зависимости от величины Sпэ, соответствует в каждой точке конкретному габаритному размеру знака (формату матрицы 8×8), в пределах которого изменяется и площадь позиционных элементов, и площадь» окна» (Sзн=Sпэ+Sок).

Максимум кривой GHIMJKL в точке М совпадает с максимумом кривой ABCMDEF в той же точке М при выбранном масштабе по оси ординат. В этой точке при равенстве площади позиционных элементов отображения знака и площади «окна» (Sпэ=Sок=32 мм²) достигается максимальная возможность обнаружения знака (Sпэ/Sок=Sок/Sпэ=1). Причем максимальная возможность обнаружения знака подтверждается конкретной, имеющей размерность (мм²), величиной - эквивалентной площадью обнаружения знака (Sобн).

Результаты вычислений для эквивалентной площади обнаружения знака

Sобн=(Sпэ×Sок):(Sпэ+Sок),

по которым построена кривая GHIMJKL, записаны в таблицу №1 и таблицу №2 (фиг.2а, фиг.2б). На кривой увеличенными точками G, Н, I и J, К, L показаны результаты вычислений, относящиеся к фиг.1г-1ж и фиг.1з-1л соответственно, а в таблице №1 и таблице №2 эти результаты вычислений выделены одной и двумя «звездочками».

В таблице №1 результаты вычислений отображают величину эквивалентной площади обнаружения (Sобн) знака, занимаемую позиционными элементами отображения знака (фиг.1г-1ж) на фоне площади «окна» при Sпэ<Sок.

В таблице №2 результаты вычислений отображают величину эквивалентной площади обнаружения (Sобн) знака (фиг.1з-1л), занимаемую площадью «окна» на фоне позиционных элементов при Sок<Sпэ.

Точка М, в которой соблюдено условие равенства величины площади позиционных элементов и величины площади «окна» (Sпэ=Sок=32 мм²), отображена результатами вычислений эквивалентной площади обнаружения знака, относящихся к фиг.1ж и фиг.1з. В двух таблицах №1 и №2 (фиг.2а, фиг.2б) эти результаты отмечены одной и двумя «звездочками» соответственно.

Кривая GHIMJKL характеризует изменение величины эквивалентной площади обнаружения знака в зависимости от соотношений:

1) площади позиционных элементов к площади «окна» (Sпэ<Sок);

2) площади «окна» к площади позиционных элементов (Sок<Sпэ).

В первом случае величина эквивалентной площади обнаружения знака увеличивается (фиг.1г-1ж) при увеличении площади позиционных элементов на возрастающем участке GHIM кривой (Sпэ<Sок) от нуля до точки М (фактически обнаруживается в поле зрения величина эквивалентной площади позиционных элементов на фоне площади «окна»).

Во втором случае величина эквивалентной площади обнаружения знака уменьшается (фиг.1з-1л) при увеличении площади позиционных элементов на убывающем участке кривой MJKL (Sок<Sпэ), начиная с точки М (фактически обнаруживается в поле зрения величина эквивалентной площади «окна» на фоне большей площади позиционных элементов).

Максимальная величина эквивалентной площади обнаружения при постоянной площади формата индикатора достигается при равенстве площади позиционных элементов и площади «окна» (Sпэ=Sок=32 мм²). При других соотношениях величин площади позиционных элементов и площади «окна» величина эквивалентной площади обнаружения знака будет меньше.

Если на фиг.1л, например, видно, что величина площади «окна» равна 4 мм² (4 точечных элемента матрицы), величина площади позиционных элементов равна 60 мм², результаты вычислений величины эквивалентной площади обнаружения (Sобн) знака показывают 3.75 мм² (при Sок<Sпэ фактически обнаруживается в поле зрения величина эквивалентной площади «окна» на фоне площади позиционных элементов). Несоответствие величины площади «окна», представленной на фиг.1 л (Sок=4 мм²), с результатом вычислений по формуле (Sобн=3.75 мм²) объясняется относительностью восприятия малой величины площади «окна» на ограниченной площади позиционных элементов отображения знака.

Так, например, если сохранить величину площади «окна» Sок равной 4 мм² и увеличить площадь позиционных элементов знака Sпэ, скажем, в 10 раз (Sпэ=600 мм²), увеличив при этом габаритный размер знака, то результат вычисления эквивалентной площади обнаружения знака приблизится к указанной на фиг.1л величине площади «окна», равной 4 мм²:

Sобн=(Sпэ×Sок)/(Sпэ+Sок)=(600×4):(600+4)=3.97 мм².

Точно так же, если на фиг.1г величина площади позиционных элементов знака равна 4 мм² (4 точечных элемента матрицы), а величина площади «окна» равна Sок=60 мм², величина эквивалентной площади обнаружения знака будет меньше (Sобн=3.75 мм²) величины площади позиционных элементов (Sпэ=4 мм²). При увеличении площади «окна», при постоянной площади позиционных элементов, например, до 600 мм², увеличив при этом габаритный размер знака, величина эквивалентной площади обнаружения знака также увеличится, приближаясь к величине площади позиционных элементов, отображенной на фиг.1г:

Sобн=(Sпэ×Sок)/(Sпэ+Sок)=(4×600):(4+600)=3.97 мм².

Проследить зависимость величины эквивалентной площади обнаружения (Sобн) от величины площади знака (Sзн=Sпэ+Sок), при постоянной величине площади позиционных элементов с изменением величины площади «окна», можно с помощью графика (фиг.4). Три кривые 1-1, 2-2, 3-3 построены по данным таблиц (фиг.5е, фиг.6е, фиг.7е соответственно). Величина площади «окна» (Sок) и величина эквивалентной площади обнаружения знака Sобн=(Sпэ×Sок):(Sпэ+Sок) занесены во 2 и в 3 колонки этих таблиц при постоянной площади позиционных элементов (Sпэ=8 мм², Sпэ=16 мм², Sпэ=32 мм² соответственно для фиг.5е, фиг.6е, фиг.7е). В первой колонке этих таблиц указаны номера фигур (а, б, в, г, д - без «звездочек»), по которым производился расчет величины эквивалентной площади обнаружения знака (Sобн).

Величина эквивалентной площади обнаружения знака (Sобн), с увеличением площади «окна», стремится к величине площади позиционных элементов. При достаточно большой величине площади «окна» (фиг.5е - 4000 мм², фиг.6е - 8000 мм², фиг.7е - 8000 мм²) величина эквивалентной площади обнаружения (Sобн=7.99 мм², Sобн=15.96 мм² и Sобн=31.87 мм² соответственно) вплотную приближается к величине площади позиционных элементов (Sобн=8.00 мм², Sобн=16.00 мм² и Sобн=32.00 мм²).

Точка пересечения (1-2) кривой 1-1 и кривой 2-2 (фиг.4) показывает, что величина эквивалентной площади обнаружения (Sобн=5.33 мм²) при одной и той же величине площади знака (Sзн=24 мм²) одна и та же (фиг.5е и фиг.6е), но величина площади позиционных элементов у знака на фиг.6б (Sпэ=16 мм², Sок=8 мм²) в два раза больше, чем у знака на фиг.5в (Sпэ=8 мм², Sок=16 мм²).

Увеличенная площадь позиционных элементов в сравнении с величиной площади «окна» (при Sпэ>Sок) у знака на фиг.6а не дала преимущества в величине эквивалентной площади обнаружения перед знаком на фиг.5в, со значительно меньшей величиной площади позиционных элементов.

Точка (2-3) пересечения кривой 3-3 с кривой 2-2 показывает (фиг.4), что эквивалентная площадь обнаружения (Sобн=10.67 мм²) при одной и той же площади знака (Sзн=48 мм²) одна и та же (фиг.6е и фиг.7е), но площадь позиционных элементов у знака на фиг.7в (Sпэ=32 мм², Sок=16 мм²) в два раза больше, чем у знака на фиг.6д (Sпэ=16 мм², Sок=16 мм²).

Увеличенная площадь позиционных элементов в сравнении с величиной площади «окна» (при Sпэ>Sок) у знака на фиг.7в не дала преимущества в величине эквивалентной площади обнаружения со значительно меньшей величиной площади позиционных элементов у знака на фиг.6д.

Точка (1-3) пересечения кривой 3-3 с кривой 1-1 показывает (фиг.4), что эквивалентная площадь обнаружения (Sобн=6.40 мм²) при одной и той же площади знака (Sзн=40 мм²) одна и та же (фиг.5е и фиг.7е), но площадь позиционных элементов у знака на фиг.7а (Sпэ=32 мм², Sок=8 мм²) в четыре раза больше, чем у знака на фиг.5д (Sпэ=8 мм², Sок=16 мм²).

Увеличенная площадь позиционных элементов в сравнении с площадью «окна» (при Sпэ>Sок) у знака на фиг.7а не дала преимущества в величине эквивалентной площади обнаружения перед знаком на фиг.5д со значительно меньшей площадью позиционных элементов.

Зависимость величины эквивалентной площади обнаружения (Sобн) от величины площади (Sзн) знака (фиг.4), величина площади позиционных элементов соответствующего знака в которых равна площади «окна» (Sпэ=Sок), показывает прямая 4-4, касательная к каждой из кривых 1-1, 2-2, 3-3 в точках 4-1, 4-2, 4-3 соответственно. Этим точкам соответствует знаки (фиг.5б - Sпэ=8 мм², Sок=8 мм², Sобн=4 мм²; фиг.6б - Sпэ=16 мм², Sок=16 мм², Sобн=8 мм² и фиг.7г - Sпэ=32 мм², Sок=32 мм², Sобн=16 мм²), величина площади позиционных элементов которых равна величине площади «окна».

График зависимости величины эквивалентной площади обнаружения (Sобн) от величины площади знака (Sзн), построенный по результатам таблиц (фиг.5е, фиг.6е, фиг.7е), показывает (фиг.4 - кривая 1-1, кривая 2-2 и кривая 3-3 соответственно), что при увеличении площади «окна» и постоянной площади позиционных элементов (Sпэ=8 мм² - кривая 1-1, Sпэ=16 мм² - кривая 2-2, Sпэ=32 мм² - кривая 3-3) величина эквивалентной площади обнаружения знака (Sобн) приближается к величине площади позиционных элементов (Sпэ).

Использовать практически увеличение площади знака до такой величины, чтобы величина эквивалентной площади обнаружения (Sобн) знака достигла величины площади позиционных элементов (Sпэ), не имеет смысла из-за значительного увеличения габаритного размера знака индикатора.

Оптимальной характеристикой, при выборе величины площади позиционных элементов (Sпэ) отображения и равной ей величине площади «окна» (Sок) при заданном габаритном размере знака (Sзн), является прямая, касательная одновременно к кривой 1-1, кривой 2-2 и кривой 3-3. Эта прямая касается каждой кривой в тех точках ее, в которых соблюдается равенство Sпэ=Sок=Sзн/2 для данного габаритного размера знака (8зн=Sпэ+Sок). Так, например, по точкам прямой 5, 6, и 7, площадь знака в которых равна соответственно 24 мм², 40 мм², и 48 мм², оптимальной величиной площади позиционных элементов будут 12 мм², 20 мм², и 24 мм² соответственно. Величина эквивалентной площади обнаружения каждого знака будет при этом равна 6 мм², 10 мм² и 12 мм² (фиг.4).

Величина эквивалентной площади обнаружения знака в этих точках равна Sобн=(Sпэ×Sок):(Sпэ+Sок)=Sзн/4. И при увеличении площади позиционных элементов по отношению к величине площади «окна», т.е. при Sпэ>Sок, при рассматриваемом габаритном размере знака, не приведет к увеличению величины эквивалентной площади обнаружения, т.е. не приводит к улучшению возможности его обнаружения. Только при равенстве величины площади позиционных элементов и величины площади «окна» достигается максимальная величина эквивалентной площади обнаружения (Sобн) знака и максимальная возможность его (Sпэ/Sок=Sок/Sпэ=1) обнаружения (точка М на кривой ABMCD и на кривой EFMGH - фиг.3а).

Различение - стадия восприятия, на которой оператор способен выделить детали, позиционные элементы отображения знака /4 - стр.46/. Способность средств отображения информации воспроизводить мелкие детали характеризуется их разрешающей способностью. Разрешающая способность - это одна из параметрических характеристик индикатора, определяемая особенностью восприятия зрительной информации человеком-оператором. Разрешающая способность определяется как максимальное число отдельных участков на единицу длины или поверхности индикатора, имеющих достаточный для их восприятия контраст. Количественно она оценивается числом пар оптических линий («линия - промежуток»), приходящихся на 1 мм или 1 см, или минимально возможной шириной линий на экране /4 - стр.21/.

Разрешающую способность индикаторов можно оценивать по возможности различения оператором двух воспроизводимых световых точек или линий, находящихся на некотором расстоянии друг от друга. При низкой разрешающей способности оператор принимает две точки (линии) за одну, а при высокой разрешающей способности две очень близкие точки (линии) воспринимаются как отдельные. Повышать разрешающую способность можно до определенного предела, свыше которого изображение не будет восприниматься глазом. /2 - стр.115/.

Чем меньше расстояние между параллельно расположенными позиционными элементами отображения в знаке, тем меньше разрешающая способность знака, тем хуже возможность различения его.

Разрешающая способность по ширине знака (n) на фиг.5а-5д, определяемая числом пар «линия - промежуток» (ширину «промежутка» выбираем равной ширине линии или равной толщине контура знака), возрастает от 1.5 до 5. Увеличивается возможность различения знака с возрастанием разрешающей способности. Увеличивается эквивалентная площадь различения знака. Но количественно оценить влияние увеличения разрешающей способности на увеличение эквивалентной площади различения знака по величине числа пар «линия-промежуток» на этих фигурах нельзя. Можно сказать только, что разрешающая способность знака по ширине у фиг.5д больше разрешающей способности знака по ширине у фиг.5а.

Чтобы количественно оценить влияние разрешающей способности знака на величину эквивалентной площади при различении его, необходимо связать величины, отображающие разрешающую способность знака по ширине с эквивалентной площадью обнаружения его.

Для этого необходимо ввести коэффициент разрешающей способности по ширине (Кр.с.ш) знака. И с помощью этого коэффициента вычислить эквивалентную площадь различения знака (Sрзл) по формуле:

Sрзл=Sобн:Кр.с.ш.

Величина коэффициента разрешающей способности уменьшает возможность восприятие знака и скорость его опознания.

Для определения коэффициента разрешающей способности знака (фиг.3б) по ширине (Кр.с.ш) удобнее разрешающую способность его выразить не числом пар «линия - промежуток», а толщиной вертикального позиционного элемента отображения знака (s).

С помощью толщины контура знака измеряем промежуток (а) между одной вертикальной линией знака до границы ширины знака (фиг.3в) и промежуток (b) между противоположными вертикальными линиями знака (фиг.3г). Т.е. измеряется толщиной контура знака (фиг.3б) расстояние от одного вертикального позиционного элемента отображения до границы (фиг.3в) ширины знака (а) и измеряется расстояние промежутка (b) между двумя вертикальными позиционными элементами (ширина «окна») знака (фиг.3г).

Рассматривается возможность различения одного (фиг.3в) вертикального позиционного элемента в одном случае и возможность различения каждого позиционного элемента отображения (фиг.3г) во втором случае, при одной и той же ширине знака. Частное от деления а/b (безразмерное число) можно характеризовать как относительную величину разрешающей способности знака или величину коэффициента разрешающей способности знака по ширине (Кр.с.ш=а/b). Чем больше эта величина (Кр.с.ш=а/b), тем ниже разрешающая способность по ширине знака.

Т.е. величина этого отношения (а/b>1) уменьшает возможность различения каждого из двух позиционных элементов отображения (фиг.3г) по отношению к возможности различения лишь одного позиционного элемента отображения при отсутствии второго позиционного элемента отображения (фиг.3в) при одной и той же ширине знака.

Определим величины коэффициентов разрешающей способности (Кр.с.ш=а/b) по ширине знака, состоящего из двух вертикальных позиционных элементов, расположенных на одном расстоянии друг от друга (фиг.6а), и двух вертикальных позиционных элементов, расположенных на другом расстоянии друг от друга (фиг.6д). Величины а и b (фиг.6а и фиг.6д), измеренные числом толщины позиционного элемента, определяют значения коэффициентов разрешающей способности по ширине. Отношения а/b (Кр.с.ш=а/b) будут соответственно равны Кр.с.ш=2/1=2 (фиг.6е, 1 строка) и Кр.с.ш=9/8=1.125 (фиг.6е, 8 строка).

Для подтверждения правильности расчета коэффициента (Кр.с.ш) разрешающей способности того и другого знака (фиг.6а, фиг.6д) проверяем его другой формулой, используемой для определения величины эквивалентной площади обнаружения знака:

Sобн=(Sпэ×Sок):(Sпэ+Sок).

Определяется величина эквивалентной площади обнаружения одного вертикального позиционного элемента при двух (Sобн-2) вертикальных (фиг.6а, фиг.6д) расположенных параллельно на некотором расстоянии друг от друга позиционных элементах отображения, на занимаемой ими площади (Sпэ+sok), по формуле:

Sобн-2=(Sпэ×Sок):(Sпэ+Sок):2 или Sобн-2=Sобн/2 (фиг.6е - колонки 2, 3 и 9 таблицы).

Определяется величина эквивалентной площади обнаружения одного вертикального позиционного элемента при одном (Sобн-1) вертикальном (фиг.6а*, фиг.6д*) позиционном элементе отображения, расположенном (фиг.6е - колонки 7 и 8 таблицы) на той же площади (Sзн*=Sзн) по формуле:

Sобн-1=(Sпэ*×Sок*):(Sпэ*+Sок*).

Величина эквивалентной площади обнаружения (Sобн-1) одного позиционного элемента, расположенного на ограниченном (Sзн) пространстве (фиг.6а*, фиг.6д*), больше величины эквивалентной площади обнаружения (Sобн-2) этого же позиционного элемента на том же ограниченном пространстве (Sзн) при расположении второго позиционного элемента на некотором расстоянии от него (фиг.6а, фиг.6д).

Величина отношения Sобн-1/Sобн-2 определяет коэффициент разрешающей способности (фиг.6е - 10 колонка таблицы), при вертикально расположенных позиционных элементах, по ширине знака (Кр.с.ш=Sобн-1/Sобн-2). Для фиг.6а и фиг.6д коэффициенты разрешающей способности, определяемые по различным методам расчета (Кр.с.ш=а/b или Кр.с.ш=Sобн-1/Sобн-2), в точности совпадают (коэффициент Кр.с.ш для фиг.6а равен Кр.с.ш=а/b=2:1=2, или Кр.с.ш=Sобн-1/Sобн-2=5.33 мм²:2.67 мм² = 2, строка 1 таблицы, а для фиг.6д коэффициент Кр.с.ш=а/b=9:8=1.125, или Кр.с.ш=Sобн-1/Sобн-2=7.20 мм²:6.40 мм² = 1.125, строка 8 таблицы - фиг.6е).

Коэффициент разрешающей способности Кр.с.ш=(Sобн-1)/(Sобн-2) показывает уменьшение эквивалентной площади обнаружения одного из двух (Sобн-2) позиционных элементов отображения (фиг.6а) по отношению к эквивалентной площади обнаружения одного (Sобн-1) при одном отображенном позиционном элементе (фиг.6а*), расположенном на той же площади. Чем больше величина этого отношения, тем меньше эквивалентная площадь различения (Sрзл) знака (Sрзл=Sобн/Кр.с.ш). Для фиг.6а эквивалентная площадь обнаружения знака (Sобн=5.33 мм²) в два раза больше эквивалентной площади различения знака (Sрзл=Sобн/Кр.с.ш = 5.33 мм²: 2 = 2.67 мм²). Возможность различения знака, выраженная эквивалентной площадью различения (Sрзл) с учетом коэффициента разрешающей способности по ширине (Sрзл=Sобн/Кр.с.ш) при сравнении фигур (фиг.6а и фиг.6д), показана в таблице (фиг.6е - строки 1 и 8). На фиг.5, фиг.6, фиг.7 представлены примеры фигур с различной разрешающей способностью по ширине знака и результаты величин коэффициентов разрешающей способности, занесенных в таблицы. Из этих таблиц видно, что чем больше разрешающая способность знака, чем дальше отстоят друг от друга позиционные элементы отображения, тем меньше коэффициент разрешающей способности. Величина эквивалентной площади различения (Sрзл) каждого знака меньше эквивалентной площади обнаружения этого же знака на коэффициент разрешающей способности знака (Sрзл=Sобн/Кр.с.зн). Коэффициент разрешающей способности стремится к 1 при достаточно большом расстоянии между позиционными элементами знака (фиг.5е, фиг.6е, фиг.7е - нижние строки таблиц). В этом случае величина эквивалентной площади различения знака стремится к величине эквивалентной площади обнаружения знака (позиционные элементы не оказывают никакого влияния друг на друга при их различении).

Точно так же определяется коэффициент разрешающей способности (Кр.с.в=c/d) по высоте знака (фиг.3д, фиг.3е).

При определении величины коэффициента разрешающей способности по высоте знака, имеющего один горизонтальный позиционный элемент (фиг.3д), измеряется расстояние толщиной этого позиционного элемента до границы высоты знака (с) и измеряется расстояние (d) промежутка (фиг.3е) между двумя горизонтальными позиционными элементами, расположенными по границе высоты знака.

Частное от деления c/d (безразмерное число) можно характеризовать как относительную величину разрешающей способности знака или величину коэффициента разрешающей способности знака по высоте (Кр.с.в=c/d). Чем больше эта величина (Кр.с.в=c/d), тем ниже разрешающая способность по высоте знака.

В качестве прототипа для сравнительного анализа восприятия цифровых знаков удобнее всего воспользоваться матричным индикатором типа АЛС363А /5 - стр.350/.

На фиг.8а представлена лицевая сторона корпуса индикатора с расположенной на ней 36-элементной матрицей (формат из 35 знаковых точек и одной децимальной точки), а на фиг.8б представлена обратная сторона корпуса типа КИ5-4 с 14 выводами.

При формировании 7-сегментных цифр воспользуемся самым распространенным форматом (фиг.8д) и начертанием их, представленных на рис.8.1. /1 - стр.91, 5 строка сверху/ или на рис.8.2. /1 - стр.98, 3 строка сверху/.

Такие цифры на матричном поле индикатора не имеют отклонения от вертикали (фиг.10а - фиг.10к). Чтобы удобнее было сравнивать в дальнейшем различные начертания десятичных цифр, габаритный размер светящегося элемента принимаем равным 1 мм². Для каждой цифры определяем: 1) площадь позиционных элементов (Sпэ); 2) площадь «окна» (Sок); 3) величину эквивалентной площади обнаружения знака по формуле: Sобн=(Sпэ×Sок):(Sпэ+Sок); 4) величину эквивалентной площади различения каждого (Sрзл=Sобн/Кр.с.зн) знака; 5) коэффициент разрешающей способности знака (Кр.с.зн=Кр.с.в×Кр.с.ш); 6) величины коэффициентов разрешающей способности по ширине (Кр.с.ш=а/b) и по высоте (Kp.c.B=c/d) знака. Все величины заносим в таблицу (фиг.10л).

Для более наглядного определения коэффициента разрешающей способности у цифровых знаков без проставления размеров промежутка между позиционными элементами и расстояния от позиционного элемента до границы знака по ширине и высоте (а, b, с и d) можно воспользоваться немного измененными формулами:

а) необходимо к величине расстояния между позиционными элементами по ширине или высоте знака (b или d) прибавить величину ширины контура знака (s) и этот результат разделить на величину расстояния между позиционными элементами по ширине или высоте знака (b или d): Кр.с.ш=a/b=(b+s):b - коэффициент разрешающей способности по ширине знака или Кр.с.в=c/d=(d+s):d - коэффициент разрешающей способности по высоте знака (фиг.3б). Т.к. ширина контура знака s является единицей измерения и равна 1 клеточке в формате, то, измеряя в знаке расстояние между позиционными элементами числом клеточек по ширине (n₁) и по высоте (n₂) знака, можно записать: Кр.с.ш=(n₁+1):n₁ или Кр.с.в=(n₂+1):n₂;

б) или другая формула - необходимо разделить величину расстояния от одного позиционного элемента до границы формата отображения знаков (а или с) на величину расстояния между позиционными элементами (b=а-s или d=с-s): определяется коэффициент разрешающей способности по ширине знака (фиг.3б) Кр.с.ш=а/b=а/(а-s) и по высоте знака Кр.с.в=c/d=с/(с-s).

Точно так же (по пункту «а»), приводя все к измерению числом клеточек по ширине (m₁) и по высоте (m₂), можно записать: Кр.с.ш=m₁:(m₁-1) или Кр.с.в=m₂:(m₂-1).

Из таблицы (фиг.10л) видно, что величина эквивалентной площади различения (Sрзл) у большинства семисегментных знаков меньше, чем величина эквивалентной площади обнаружения (Sобн), на величину коэффициента разрешающей способности знака (Кр.с.зн). И только у цифр 1 и 7 величина эквивалентной площади различения равна величине эквивалентной площади обнаружения (Sобн=Sрзл). У этих цифр коэффициент разрешающей способности знака равен 1 (Кр.с.зн=Кр.с.ш×Кр.с.в). Коэффициенты разрешающей способности по ширине (для цифры 1) и по ширине и высоте (для цифры 7) знака будут равны Кр.с.ш=а/(а-s) и Кр.с.в=с/(с-s) соответственно (фиг.3б). При отсутствии второго позиционного элемента горизонтального или вертикального (s=0) коэффициент разрешающей способности будет равен 1 (Кр.с.ш=а/а=1 и Кр.с.в=с/с=1). Поэтому при обнаружении площади позиционных элементов на фоне площади «окна» оператор одновременно различает и площадь каждого позиционного элемента.

Сокращение позиционных элементов до минимально возможного числа при формировании любого десятичного знака приведет к улучшению возможности его различения.

Чтобы у каждого десятичного знака величина эквивалентной площади обнаружения (Sобн) была равна величине эквивалентной площади различения (Sрзл), необходимо, чтобы начертание любого десятичного знака состояло не более чем из одной горизонтальной линии и, перпендикулярно к ней, одной вертикальной линии.

Появление хотя бы одного дополнительного (вертикального - цифра 4, или горизонтального - цифры 2, 3, 5) позиционного элемента из формата семисегментного индикатора при высвечивании цифр (фиг.10е, фиг.10г, фиг.10д, фиг.10ж соответственно) приведет к уменьшению разрешающей способности знака по высоте или по ширине. К еще большему увеличению коэффициента разрешающей способности знака (Кр.с.зн) приведет одновременное появление двух (горизонтального и вертикального) позиционных элементов в знаке (фиг.10б, фиг.10з, фиг.10л, фиг.10к - цифры 0, 6, 9, 8 соответственно).

Для цифр 1 и 7 семисегментного формата индикатора величина эквивалентной площади обнаружения (Sобн) и величина эквивалентной площади различения (Sрзл) у каждого знака равны. Равенство величин эквивалентной площади обнаружения и эквивалентной площади различения (Sобн=Sрзл) показывает, что две стадии восприятия знака - обнаружение и различение сливаются в одну стадию, на которой оператор выделяет элементы знака. Время опознания знака уменьшается.

В знаках, в отображениях которых участвуют более двух позиционных элементов (одного вертикального и одного горизонтального), эквивалентная площадь обнаружения всегда больше эквивалентной площади различения (Sобн>Sрзл). Время опознания таких знаков больше. На первой стадии восприятия знака, при обнаружении, оператор выделяет общую площадь, занимаемую позиционными элементами на фоне «окна». На второй стадии восприятия знака, при различении, оператор выделяет расположение отдельных позиционных элементов на фоне «окна».

Для построения десятичного алфавита, у всех цифровых знаков которого величина эквивалентной площади обнаружения была бы равна величине эквивалентной площади различения, необходимо, прежде всего, изменить в формате (5×7=35 точек) индикатора АЛС363А цифровой формат. В цифровом формате (фиг.8д, фиг.11 а), с помощью которого формируются десятичные знаки (фиг.11б-фиг.11л), используются только 23 активные точки (23 светоизлучающих диода). В этот формат включаем дополнительно (фиг.8е) 4 активных точки (4 светоизлучающих диода - фиг.8г) по адресам:

1) колонка 3 - вывод 1, строка 6 - вывод 5;

2) колонка 3 - вывод 1, строка 5 - вывод 10;

3) колонка 3 - вывод 1, строка 3 - вывод 4;

4) колонка 3 - вывод 1, строка 2 - вывод 3.

Начертание десятичных знаков на основе цифрового формата, состоящего из 27 активных точек (фиг.8е, фиг.11а), показано на фиг.11б-11л. Остальные точки формата индикатора 5×7, не принимающие участие в формировании десятичных символов, неактивны с точки зрения цифрового алфавита, но участвуют в формировании букв, символов и прочих знаков.

Матричность структуры буквенно-цифрового индикатора позволяет осуществить вывод на индикацию знака только в режиме стробирования.

При стробировании по строкам информация на возбуждение подается по линии колонок при подаче разрешающего строба на соответствующую строку. Светоизлучающие диоды высвечиваются, если на вывод соответствующей колонки подается высокий логический уровень, а на вывод соответствующей строки в этот же момент подается низкий логический уровень. Этот процесс повторяется для каждой строки. Таким образом, информация о цифровом символе должна подаваться на колонки индикатора параллельными пятиразрядными кодами, хранящимися в накопителях. Стробирование строк производится последовательно /6 - стр.112-114/.

Процесс формирования, например, цифры 9 (фиг.11л) способом стробирования по строкам протекает следующим образом (фиг.9). Информация U₁ о необходимости высвечивания светоизлучающего диода на фиг.9б (строка 1 - вывод 2, колонка 3 - вывод 1) хранится в накопителе параллельным пятиразрядным (фиг.9в) кодом (00100). Высокие («1») и низкие («0») логические уровни напряжения этого кода поступают на входы (выводы 14, 8, 1, 7, 6) всех колонок (1, 2, 3, 4, 5) одновременно. Но только с приходом сигнала стробирования U_с1 (низкого логического уровня напряжения) на вход первой строки (вывод 2) высвечивается светоизлучающий диод первой строки (фиг.9б), на анод которого (колонка 3 - вывод 1) поступает высокий логический уровень («1») напряжения сигнала U₁. Остальные светоизлучающие диоды первой строки, на аноды которых поступают низкие логические уровни («0») напряжения пятиразрядного кода, не высвечиваются.

По истечении времени экспонирования сигналы U₁ и U_с1 снимаются.

Далее на входы колонок из накопителя поочередно подаются сигналы пятиразрядного кода для высвечивания светоизлучающих диодов 2-ой, 3-ей, 4-ой, 5-ой и 6 строк. Высокий логический уровень («1») напряжения (U₁-U₆) подается на вход только 3-ей колонки - вывод 1, на входы остальных колонок подается низкий логический уровень напряжения. И с приходом сигнала стробирования U_с1 (низкого логического уровня напряжения) поочередно высвечиваются светоизлучающие диоды 2-ой, 3-ей, 4-ой, 5-ой и 6 строк, на аноды которых поступает высокий логический уровень («1») напряжения сигнала U₁ (по колонке 3 и строкам 2, 3, 4, 5, 6 диоды на фиг.9б зачернены).

По истечении времени экспонирования сигналы пятиразрядного кода U₆ и сигнал стробирования шестой строки U_с6 снимаются.

Затем на входы колонок из накопителя подаются сигналы для высвечивания светоизлучающих диодов 7-ой строки сигналом пятиразрядного кода (11111). Высокий логический уровень («1») напряжения подается на входы всех пяти колонок - выводы 14, 8, 1, 7 и 6). И с приходом сигнала стробирования U_с7 (низкого логического уровня напряжения) высвечиваются все светоизлучающие диоды 7-ой строки, на аноды которых поступают высокие логические уровни («1») напряжения сигнала U₁. Высвечивание каждой строки с частотой не ниже 100 Гц обеспечивает свечение символа (цифра 9-11л) и этот символ виден на фиг.9б в виде зачерненных светоизлучающих диодов.

У одной только цифры 1 величина эквивалентной площади различения меньше, чем у других цифр. Чтобы сравнять величину эквивалентной площади различения цифры 1 с величинами эквивалентной площади различения других цифр, необходимо в цифровом формате использовать дополнительно две активные точки (фиг.8ж). Тогда при формировании цифры 1 высветятся 11 светоизлучающих диодов (фиг.11в*). Величина эквивалентной площади различения цифры 1 (фиг.11н, 3 строка таблицы) будет равна каждой из остальных цифр десятичного алфавита. Адреса включения светоизлучающих диодов при формировании цифры 1 будут следующими (фиг.9б):

1. Колонка 5 (вывод 6), строки 1-7 (выводы 2, 3, 4, 11, 10, 5, 9 соответственно) - 7 светоизлучающих диодов, входившие в основной цифровой формат.

2. Колонка 4 (вывод 7), строки 5 и 6 (выводы 10 и 5 соответственно) - два светоизлучающих диода, включенные в цифровой формат дополнительно.

3. Колонка 4 (вывод 7), строки 4 и 7 (выводы 11 и 9 соответственно) - два светоизлучающих диода, входившие в основной цифровой формат.

Таким образом, в предлагаемом индикаторе уменьшено число точечных элементов на знак с 17.9 (при семипозиционном отображении десятичных цифр) до 10.6 (при новом отображении десятичных цифр). В такой же пропорции (17.9:10.6=1.69) уменьшается энергопотребление на знак. Средняя величина эквивалентной площади различения у предлагаемых знаков (Sрзл среднее = 7.54 мм²) выше, чем у семипозиционных (Sрзл среднее = 5.62 мм²) в 1.34 раза. При одной и той же величине эквивалентной площади различения у всех знаков обеспечивается более равномерная яркость их свечения. Улучшение восприятия знака увеличивает скорость его считывания.

ЛИТЕРАТУРА

1. Н.И.Вуколов, А.Н.Михайлов. Знакосинтезирующие индикаторы. Справочник. М.: «Радио и связь». 1987.

2. Печников А.В., Сидоренко Г.В., Федорова С.А. Средства передачи и отображения информации. М.: «Радио и связь». 1991.

3. Патент №2037886 на изобретение «Устройство для индикации», выдан 19 июня 1995 года. Приоритет изобретения 19 февраля 1992 года. Заявка №5037630. Автор Патраль А.В.

4. Алиев Т.М., Вигдоров Д.И., Кривошеев В.П. Системы отображения информации. М.: «Высшая школа». 1988.

5. Б.Л.Лисицын. Отечественные приборы индикации и их зарубежные аналоги. М.: «Радио и связь». 1993.

6. Васерин Н.Н., Дадерко Н.К., Прокофьев Г.А. Применение полупроводниковых индикаторов. Под ред. Е.С.Липина. М.: «Энергоатомиздат». 1991.

Изобретение относится к средствам отображения цифровой информации. Технический результат - улучшение восприятие цифровых знаков на информационном поле любого матричного индикатора. Для визуального отсчета информации используются цифровые десятичные знаки, начертания которых позволяет увеличить их разрешающую способность до максимальной величины в пределах формата индикатора без увеличения габаритных размеров последнего. 11 ил.

Индикатор матричный с наилучшим восприятием цифровых знаков, оформленный в пластмассовый корпус типа КИ5-4 с выводами (14 шт.), расположенными с обратной стороны корпуса, на лицевой стороне которого расположена матрица (5×7) и децимальная точка, предназначенный для отображения сложной информации в виде знаков, букв, символов и цифр от 0 до 9, отличающийся тем, что в цифровой формат включены светоизлучающие диоды: в колонку 3 (вывод 1) по 2, 3, 5 и 6 строкам (выводы 3, 4, 10 и 5) и колонку 4 (вывод 7) по 5 и 6 строкам (выводы 10 и 5), позволяющие сформировать десятичные знаки (0, 6, 7, 8, 9 и 1, соответственно), имеющие увеличенную эквивалентную площадь их различения.