Классификация систем отображения информации

Ко второй подгруппе относятся фотографические, диазографические, электрохимические, электроискровые и термопластические.

В немеханических устройствах не требуется перемещение регистрирующих органов для нанесения отпечатка на носитель, вследствие чего они обладают большим быстродействием.

Группа средств наглядного отображения информации подразделяется на системы непосредственного отображения и проекционного типа.

Системы непосредственного отображения информации на экране строятся либо с использованием электронно-лучевых трубок (обычных и знаковых), либо с использованием знаковых индикаторов в виде матрицы. К электронно-лучевым средствам непосредственного отображения относятся знаковые электронно-лучевые трубки (ЗЭЛТ) типа «характрон», «композитрон», тайпотрон», «принтоскоп» и специальные ЭЛТ.

К матричным средствам непосредственного отображения относятся устройства, в которых используется набор готовых знаков: газоразрядные знаковые лампы, световые решетки, волоконно-оптические индикаторы, знаковые барабаны, транспаранты, знаковые лампы накаливания, электролюменесцентные индикаторы и индикаторы на жидких кристаллах. 

 

Рис. 4.1 - Классификация средств воспроизведения и отображения информации 

Проекционные воспроизводящие средства представлены электронно-оптическими, электромеханическими, лазерными и системами прямого видения.

Электронно-оптические системы основаны на формировании изображения электронным лучом на экране трубки или промежуточном носителе информации с последующей проекцией его на экран. Это системы воспроизведения с использованием электрографических, фотографических, термопластических, фотохромных средств. Сюда относятся системы воспроизведения, основанные на проектировании изображений с использованием ЭЛТ с темновой записью (типа «Скиатрон») и светоклапанных устройств (типа «Эйдофор», «Аристон»).

К электромеханическим проекционным средствам относятся кинопроекторы, стилографические системы и системы типа «Иконорама».

Системы прямого видения включают в себя отражательные с ЭЛТ и голографические. Последние являются наиболее перспективными и дающими наиболее полную (объемную) информацию об объекте.

Лазерные системы используют в качестве источника отображения информации лазер. К ним относятся системы с пассивным и активным экранами.

•            

•           Основные характеристики средств воспроизведения и отображения информации

        

          Устройства отображения характеризуются рядом параметров, которые можно объединить в 4 группы:

- информационно-технические - характеризуют объем, форму, качество, своевременность, значимость отображаемой информации (информационная емкость, емкость буферного запоминающего устройства, изобразительная возможность, быстродействие и др.);

- инженерно-психофизиологические - определяют создание комфортных условий работы оператора (например, яркость и контрастность изображения, разрешающая способность, точность воспроизведения информации, частота повторения изображения, размеры воспроизводимых символов;

- конструктивно-технические - характеризуют сложность и качество конструкции (например, надежность функционирования, потребляемая мощность);

- технико-экономические - определяют стоимостные показатели, затраты на проектирование и эксплуатацию.

Среди большого числа технических и эксплуатационных характеристик средств воспроизведения и отображения информации выделим основные. К ним относятся: статические (амплитудная характеристика, характеристическая кривая носителя, коэффициент передачи, дифференциальная и предельная чувствительность); полный или динамический диапазон; точность и достоверность; разрешающая способность; основные характеристики зрительного восприятия человека-оператора; информационная емкость; быстродействие и надежность. 

• Статические характеристики СОИ

Одной из статических характеристик средств воспроизведения и отображения информации является зависимость величины полезного выходного эффекта от величины воздействия на ее вход - амплитудная характеристика.

В качестве входного параметра рассматривают величину сигнала информации, поступающего на вход устройства воспроизведения, т.е. . Под полезным выходным эффектом системы воспроизведения понимают сигналы, возникающие на выходе устройства воспроизведения. Зависимости значений от величины образуют амплитудные характеристики или характеристики передачи процессов воспроизведения . Интенсивность входного воздействия оценивают величиной, подводимой к входу устройства воспроизведения энергии, которая необходима для создания на носителе информации.

В том случае, когда носитель предназначается для наглядного воспроизведения информации электрооптическими средствами, на нем создают оптические неоднородности, мерой которых является величина оптической плотности, характеризующей ослабление света, проходящего или отраженного от него. Оптическую плотность определяют как меру непрозрачности или прозрачности изображения: или . В то же время

 

где и - световые потоки: падающий на носитель и прошедший через него соответственно.

При получается полная непрозрачность, при - полная прозрачность.

Зависимость называют характеристической кривой носителя.

Входные сигналы часто непосредственно не несут энергии, воздействующей на носитель, а лишь управляют ее потоком, подводимым к носителю извне. Внешняя энергия воздействует на устройство воспроизведения или на другие его компоненты. Отношение величины энергии, необходимой для создания требуемой неоднородности носителя, к энергии, подводимой к устройству воспроизведения, называют коэффициентом передачи энергии устройства воспроизведения.

Рис. 4.2 - К определению чувствительности средств воспроизведения и отображения информации

Величина сигнала, необходимого для создания на носителе требуемой неоднородности, определяется состоянием носителя до воспроизведения, видом его амплитудной характеристики и положением рабочей точки на ней.

Величину, обратную отношению входной энергии , необходимой для создания полезного выходного эффекта требуемой величины к величине этого эффекта, называют чувствительностью системы регистрации(рис. 4.2).

Если знаменатель в этом выражении стремится к нулю, то получим дифференциальную чувствительность или крутизну амплитудной характеристики.

Отношение полезного выходного эффекта к величине энергии, воздействующей непосредственно на носитель и необходимой для достижения этого эффекта, называют предельной чувствительностью способа воспроизведения.

•          

•           Полный или динамический диапазон СОИ

           

           При рассмотрении амплитудной характеристики рабочая точка, соответствующая нулевому воздействию на носитель, в зависимости от конкретных требований может занимать разное положение.

Значение выходного эффекта при нулевом воздействии устройства воспроизведения представляет собой величину шума (помехи), которой обладает данная система воспроизведения. Отношение максимального значения полезного выходного эффекта, достигаемого данной системой воспроизведения, к значению шума в рабочей точке называется полным или динамическим диапазоном системы, равным

в логарифмическом виде в дБ

или в единицах контрастности изображения, определяемой как разность оптической плотности черного на изображении и оптической плотности уровня фона (вуали) на пробельных местах изображения.

 

•           Точность и достоверность СОИ

 

           Точность, с которой в процессе регистрации удается достигнуть заданной величины , определяется величиной помехи, которая может быть аддитивной или мультипликативной.

Аддитивной называют помеху, величина которой не зависит от уровня входной величины сигнала , а мультипликативной -помеху, которая изменяется с изменением уровня входного сигнала.

Из-за наличия помехи амплитудная характеристика является неоднозначной. На рис. 4.2 она изобразится не линией, а полосой неопределенностей. При аддитивной помехе ширина полосы имеет постоянное значение , а при мультипликативной - ее размер изменяется с изменением уровня сигнала: .

Помеха - величина случайная и характеризуется распределением вероятностей, показывающим, с какой вероятностью она может принимать одно из своих возможных значений. Вследствие этого ширину полосы неопределенностей устанавливают с учетом допустимой величины погрешности.

Имея определенную величину ширины полосы неопределенностей, можно однозначно определить разрешающую способность по уровню, т.е. количество различимых с заданной достоверностью уровней на амплитудной характеристике средства воспроизведения.

Точность воспроизведения информации в СОИ после передачи ее от источника информации по каналам связи называют достоверностью воспроизведения или отображения.

Для оценки степени достоверности вычисляется вероятность соответствия воспроизводимой информации переданной. Достоверность оценивается коэффициентом достоверности

,

где - вероятность искажения. Чем ближе коэффициент к единице, тем выше достоверность от переданного сообщения.

Требования к достоверности передачи информации зависят от того, какие функции выполняет данная система. Иногда оказывается достаточной вероятность ошибки порядка , т.е. она допускается в среднем при искажении одного импульса из 10 000 переданных.

    Разрешающая способность СОИ

 

         Под разрешающей способностью понимают максимальное количество локальных участков, обладающих полезным выходным эффектом на единицу длины, поверхности или объема, достигаемое при использовании определенного вида СОИ. Так, например, в средствах наглядного отображения разрешающую способность индикаторов можно оценивать по возможности различения двух воспроизводимых световых точек, находящихся на некотором расстоянии друг от друга. При низкой разрешающей способности оператор принимает две точки за одну, когда их центры расположены сравнительно далеко один от другого, а при высокой две очень близкие точки воспринимаются как отдельные.

В электронно-лучевых трубках разрешающая способность измеряется общим числом различимых строк, укладывающихся на диаметре экрана, или числом различных линий на единице длины (сантиметре, миллиметре).

Орган зрения человека характеризуется своей разрешающей способностью, поэтому при использовании средств наглядного отображения повышать ее можно до некоторого предела, свыше которого изображение не будет восприниматься глазом.

При проектировании СОИ необходимо знать характеристики зрительных способностей глаза.

Основными характеристиками зрительного восприятия являются угловые размеры изображения, адаптирующая яркость, контраст и временные параметры.

Угловой размер изображения - это угол между двумя лучами, направленными от глаза к крайним точкам изображения. Его находят по формуле

где - линейный размер изображения;

- расстояние от оператора до  знака по линии взора.

Адаптирующая яркость - это яркость, к которой приспособлен глаз. Ее определяют как среднюю из суммы яркостей, воспринимаемых глазом.

Контраст - это отношение разности изображения и фона к яркости фона (степень воспринимаемого различия между двумя яркостями). Различают прямой и обратный контрасты:

где и - прямой и обратный контрасты;

и - яркости фона и знака.

Все параметры зрительного восприятия человека взаимосвязаны между собой так, что уменьшение численного значения одного из них требует увеличения других.

К временным параметрам глаза человека относятся критическая частота мельканий и длительность сохранения инерционного образа. Критическая частота мельканий определяет границу ощущения прерывистого сигнала. При превышении этой частоты сигналы сливаются в стабильный немигающий свет.

Длительность сохранения инерционного образа или время инерции - это время накопления воздействия света на глазную сетчатку. Инерция связана с остротой зрения, т.е. способностью глаза различать детали объекта наблюдения. Острота зрения зависит от освещенности, расстояния до рассматриваемого объекта и определяется как величина, обратная углу зрения, а также характеризуется порогом разрешения - минимальным углом, под которым две равноудаленные точки видны как раздельные. При нормальной остроте зрения возможно различение деталей с угловыми размерами не менее 1.

При работе со средствами отображения информации от оператора требуется также различение деталей движущихся объектов, которое оценивается порогом динамической остроты зрения. Эта характеристика зависит от скорости движения объекта и его направления. Детали объекта (символов на экране ЭЛТ) лучше различаются при перемещении справа налево и снизу вверх, чем при перемещениях в противоположных направлениях. Длительность наблюдения объектов в фиксированной позиции, необходимая для различения деталей, зависит от скорости движения объектов, уровня их освещенности и контрастности.