Sichtkegel - Viewing cone

Blickrichtung

Abbildung 1: Darstellung der Variation der Beobachtungsrichtung (dh Blickrichtung) über den Bereich des Displays. Alle Stellen auf der Bildschirmoberfläche werden aus einer anderen Richtung betrachtet.

Wenn ein Betrachter eine visuelle Anzeige mit nicht verschwindender Größe sieht, wird jeder Punkt des Anzeigebereichs aus einer anderen Richtung gesehen, wie in Abb. 1. Keine zwei Punkte auf dem Display sind aus derselben Richtung zu sehen. Je größer das Display ist und je näher der Betrachter am Display ist, desto mehr variiert die Blickrichtung über die Fläche des Displays.

Umgangssprachlich wird die Blickrichtung oft als „ Blickwinkel “ bezeichnet. Dies ist ein falsch gewählter Ausdruck, der vermieden werden sollte, da die Blickrichtung durch zwei Polarwinkel angegeben wird: den Neigungswinkel , (gemessen von der Oberflächennormalen des Displays) und den Azimutwinkel Φ, gemessen in der Ebene des Displays wie in Abbildung 3 gezeigt.

Abbildung 2: Illustration eines Beispiels eines Betrachtungskegels, der um die Oberflächennormale des Displays zentriert ist. Der Sichtkegel kann geneigt und gedreht werden und kann eine weniger regelmäßige Form haben.

In Abb. In 2 stellt der Augapfel den Beobachter dar, der auf einen bestimmten Punkt auf der Anzeige schaut, der mit dem Ursprung des Polarkoordinatensystems identisch ist. Der grüne Pfeil ist die Blickrichtung (dh Beobachtungsrichtung). Die Blickrichtung wird durch den Neigungswinkel , , gemessen von der Flächennormalen des Displays (blauer vertikaler Pfeil) angegeben, während der Azimutwinkel , , der Winkel ist, den die Projektion der Blickrichtung auf die Oberfläche des Displays bildet mit der x-Achse (roter Pfeil). Die Projektion der Blickrichtung wird hier als Schatten des grünen Pfeils dargestellt. Der Azimutwinkel Φ nimmt entgegen dem Uhrzeigersinn zu, wie in Abbildung 3 dargestellt.

Abbildung 3: Darstellung der Angabe der Blickrichtung durch zwei Polarwinkel: den Neigungswinkel (gemessen von der Flächennormalen des Displays) und den Azimutwinkel, gemessen in der Ebene des Displays

Die Vielzahl von Richtungen, aus denen eine Anzeige ohne Artefakte und Verzerrungen zu erkennen, dass seine beabsichtigte Verwendung machen würde unmöglich (zB EDV - Büroarbeit, Fernsehen, Unterhaltung) ist der genannte Betrachtungskegel (auch wenn seine Form könnte das sein ein verallgemeinerten Kegel ).

Abbildung 4: Veranschaulichung der Angabe des Blickrichtungsbereichs (alias Viewing Cone) in einem Polarkoordinatensystem. Die Pseudofarben repräsentieren den Wert einer physikalischen Größe (zB Luminanz) für jede Blickrichtung.

Das Konzept des Sichtkegels wurde erstmals in der internationalen Norm ISO 13406-2 :2001 „Ergonomische Anforderungen für die Arbeit mit Bildschirmen auf Basis von Flachbildschirmen – Teil 2: Ergonomische Anforderungen an Flachbildschirme“ eingeführt. Diese Norm gibt eine Klassifizierung für Computermonitore mit LCDs nach dem Bereich der Blickrichtungen vor , die für die vorgesehene Aufgabe (hier: Büroarbeit) ohne „reduzierte Sehleistung“ sicher verwendet werden können. Die Klassifizierung nach „Blickrichtungsbereich Classes“ mit dem „Bereich von Richtungen sehen“ , um die gleichwertig Betrachtungskegel .

ISO 13406-2 beschreibt ein komplexes Verfahren, nach dem der nutzbare Betrachtungskegel aus Messungen der Leuchtdichte und der Farbsättigung in Abhängigkeit von der Beobachtungsrichtung bewertet werden kann. ISO 13406-2 führt 4 Blickrichtungs-Bereichsklassen ein, von denen die erste (Klasse I) ein breiter Sichtkegel für viele gleichzeitige Beobachter und die letzte (Klasse IV) ein sogenanntes „Privacy Display“ mit stark eingeschränktem Sichtkegel ist .

Je nach tatsächlich zu erledigender Aufgabe mit einem bestimmten Anzeigegerät (zB Büroarbeit, Unterhaltung, Heimkino, etc.) sind die Anforderungen an die Anzeige unterschiedlich. Compliance-Routen für verschiedene Display-Anwendungen finden sich jetzt in der Nachfolgenorm ISO 9241-300.

Die Blickrichtung s wird zweckmäßigerweise in einem Polarkoordinatensystem dargestellt, wobei der Neigungswinkel θ durch den radialen Abstand vom Ursprung und den Azimut , dargestellt wird, der gegen den Uhrzeigersinn zunimmt, wie in Abbildung 4 gezeigt. In diesem Koordinatensystem entspricht jeder Punkt eine Blickrichtung . Ein Betrachtungskegel wird somit durch eine Ortskurve (eine geschlossene Linie) in diesem Koordinatensystem definiert, wie durch das Rechteck und die Ellipse in Fig. 2 angedeutet. 4.

Wird ein Betrachtungskegel nur durch vier Richtungen (zB in der horizontalen und der vertikalen Ebene) vorgegeben, so wird nicht klar, ob es sich um den Rechteck- oder den elliptischen Kegel nach Abb. 1 handelt. 4. Um diese Mehrdeutigkeit aufzulösen, sollte der Betrachtungskegel durch mindestens 8 Richtungen spezifiziert werden, die sich in der horizontalen und vertikalen Ebene und in den beiden diagonalen Ebenen (Φ = 45° und 135°) befinden.

Jede Richtung im Polarkoordinatensystem von Abb. 4 kann eine (skalare) physikalische Größe, z. B. Leuchtdichte, Kontrast usw. 4).

Ein Betrachtungskegel kann von einer bestimmten Anwendung und die damit verbundenen Geometrie des Beobachtungs definiert werden , ausgehend von dem ein Bereich von Richtungen erhalten werden kann , dass die angeben , Betrachtungskegel für diese Aufgabe erforderlich ist . Innerhalb dieses Betrachtungskegels müssen bestimmte physikalische Parameter, die sich auf die Sehleistung des Anzeigegeräts beziehen, innerhalb bestimmter (aufgabenabhängiger) Grenzen bleiben.

Ein Sichtkegel kann sich auch aus Messungen (gegen Blickrichtung ) ergeben, die mit einem bestimmten Anzeigegerät unter bestimmten Betriebsbedingungen durchgeführt wurden. Dann wird der Sichtkegel durch Grenzwerte einer visuellen Größe (zB Kontrast) erhalten, die für eine bestimmte Anwendung über zB 10 liegen muss (vergleiche zB Vesa FPDM2 307-4 Sichtkegel -Schwellenwerte ). Dann definiert die Linie, für die der Kontrast gleich 10 ist, den Betrachtungskegel .

Jüngste Experimente haben gezeigt, dass der akzeptable Betrachtungskegel eher durch die Abnahme der Luminanz und die Änderung der Chromatizität als durch die Abnahme des Kontrasts bestimmt wird. Umfangreiche Vergleiche zwischen Experimenten und Messungen wurden durchgeführt, um die Größen und die entsprechenden Grenzwerte zu identifizieren, die den scheinbaren Betrachtungskegel für Fernsehbildschirme mit LCDs und PDPs definieren. Eines der Ergebnisse ist, dass "die Luminanz bei mittleren bis hohen Graustufen die blickrichtungsabhängige Qualität und nicht das Kontrastverhältnis bestimmt". Dies steht im Einklang mit anderen Forschungsergebnissen, die „eine geringe Korrelation zwischen Kontrastverhältnis und visuellem Beurteilungswert feststellen“. Außerdem "spielen nicht nur die Farbwerte der Primärfarben, sondern noch mehr die des Weißpunkts eine wichtige Rolle und müssen in eine blickrichtungsabhängige Metrik einbezogen werden". Die Autoren kommen zu dem Schluss, dass "diese neue Metrik bei LCDs zu einem Betrachtungskegel führt, der in der Größenordnung von 70°–90° (unterteilter Winkel) liegt und damit erheblich niedriger ist als das, was normalerweise basierend auf einem Mindestkontrast von 10 . angegeben wird Für PDPs liefert diese neue Metrik den gleichen Betrachtungsrichtungsbereich wie die vorliegende Spezifikation, die eine Luminanzabnahme auf 50 % verwendet. In der oben eingeführten Terminologie (und in Abbildung 2 dargestellt) bedeutet ein Sichtkegel von 70°–90° geneigter Winkel (für einen rotationssymmetrischen Sichtkegel) einen maximalen Neigungswinkel von 35°–45°.

Luminanz und Kontrast in Abhängigkeit von der Blickrichtung

Abbildung 5: Luminanz und Kontrast in Abhängigkeit von der Blickrichtung in einem Polarkoordinatensystem. Die linke Spalte zeigt die gerichtete Leuchtdichteverteilung des dunklen Zustands des Displays (IPS-LCD), die mittlere Spalte zeigt den hellen Zustand und die rechte Spalte zeigt den (Leuchtdichte-)Kontrast (Verhältnis), der sich aus den beiden vorhergehenden Leuchtdichteverteilungen ergibt. Der Wert wird durch (Pseudo-)Farben codiert. Die Grafiken unterhalb der Polarkoordinatensysteme zeigen jeweils einen Querschnitt in der horizontalen Ebene und geben die Werte für Leuchtdichte und für den Kontrast an. Jede Grenzlinie zwischen zwei (Schattierungen von) Farben stellt eine Linie mit konstantem Wert dar, im Fall von Kontrast eine Isokontrast-(Kontur-)Linie.

Fig. 5 zeigt Luminanz und Kontrast im Vergleich zu Betrachtungsrichtung in einem polaren Koordinatensystem. Die linke Spalte zeigt die gerichtete Leuchtdichteverteilung des dunklen Zustands des Displays (hier: IPS-LCD), die mittlere Spalte zeigt den hellen Zustand und die rechte Spalte zeigt den (Leuchtdichte-)Kontrast (Verhältnis), der sich aus den beiden vorhergehenden Leuchtdichteverteilungen ergibt . Der Wert wird durch (Pseudo-)Farben codiert. Die Grafiken unterhalb der Polarkoordinatensysteme zeigen jeweils einen Querschnitt in der horizontalen Ebene und geben die Werte für Leuchtdichte und Kontrast an.

Jede Grenzlinie zwischen zwei (Schattierungen von) Farben stellt eine Linie mit konstantem Wert dar, im Fall von Kontrast eine Isokontrast-(Kontur-)Linie . Beachten Sie, dass "iso" hier im Sinne von "gleich" verwendet wird, es stellt KEINE Beziehung zur International Organization for Standardization , ISO her .

Diese Art der Darstellung der Variation einer Anzeigegröße in Abhängigkeit von der Beobachtungsrichtung stammt aus einer optischen Technik namens Konoskopie . Die Konoskopie , die ursprünglich 1911 von Maugin zur Untersuchung des Zustands der Flüssigkristallausrichtung vorgeschlagen und verwendet wurde, wurde Ende der siebziger und während der achtziger Jahre in jedem LCD-Labor zur Messung und Bewertung der optischen Eigenschaften von LCDs und zur Abschätzung von LCD verwendet -Kontrast als Funktion der Blickrichtung. Im konoskopischen Betrachtungsweise, in den alten Tagen oft mit einem polarisierenden realisiert Mikroskop , ein Bild Richtungen in der hinteren Brennebene der Objektivlinse erzeugt wird. Dieses Richtungsbild basiert auf den gleichen Koordinaten wie die Darstellung im Polarkoordinatensystem in den Abbildungen. 4 und 5.

Die erste Veröffentlichung der Variation des Kontrasts von reflektiven LCDs, gemessen mit einem motorisch mechanisch scannenden gonioskopischen Gerät und dargestellt als konoskopische Richtungszahl, wurde 1979 veröffentlicht.

Siehe auch

Verweise

  • ISO 13406-2 :2000 „Ergonomische Anforderungen für die Arbeit mit Bildschirmen auf Basis von Flachbildschirmen – Teil 2: Ergonomische Anforderungen an Flachbildschirme.“
  • ISO 9241-300: „Ergonomie der Mensch-System-Interaktion – Teil 300: Einführung in die Anforderungen an die elektronische visuelle Anzeige.“ Die ISO 9241-300-Reihe legt Anforderungen an die ergonomische Gestaltung von elektronischen visuellen Displays fest. Diese Anforderungen werden als Leistungsspezifikationen angegeben, die darauf abzielen, effektive und komfortable Sehbedingungen für Benutzer mit normalem oder normalem Sehvermögen zu gewährleisten. Testmethoden und Messtechnik, die Konformitätsmessungen und -kriterien liefern, werden für die Designbewertung bereitgestellt. ISO 9241 gilt für die visuelle ergonomische Gestaltung elektronischer visueller Displays für eine Vielzahl von Aufgaben in einer Vielzahl von Arbeitsumgebungen.