论文总字数：23004字

摘 要

本实验基于天空与地面不同明度组合的实际背景下，研究头盔显示器的目标框的表达方式，其中主要分为两方面探讨。一是探讨目标框的明度是采用无变化制还是有变化制；二是探讨目标框是用实线表达还是用虚线表达。本课题以国家标准内的符号为基础，以PS软件对作战实际背景进行明度取样，通过E-prime软件进行实验，探究不同干扰项压力下，被试者对于目标框的明度以及实线与虚线表达的反应情况。实验结果表明，1目标框明度根据背景明度变化能大大提高飞行员的反应速度；2实线框的表达效果优于虚线框；3随着干扰项的增多，被试者反应速度有所下降，但下降趋势却越来越慢。本实验以明度变化探究军用符号的表达，研究结果将有助于优化头盔显示系统的符号表达方式，对于以后机载头盔显示系统的通用规范制订有着重要意义。

关键词：头盔显示器、明度、人机界面

The target box research of helmet mounted display in different background brightness

02612220 Zhao rui

Supervised by Wang hai yan

Abstract:The experiment based on the actual background of the sky and the ground of different brightness combination, expression of helmet mounted display box, which is mainly composed of: two aspects. One is to target frame brightness is the no change or change of; the second is to investigate the target frame is with solid or dotted expression.

Experimental results show that the target frame brightness according to the changes of the background brightness can greatly improve the response speed of the pilot; 2 solid frame expression effect is better than the dashed box; 3 with increase of interference, reaction rate decreased, but the downward trend has become more and more slowly. The cut from a new perspective, to explore the expression of military symbol with the brightness changes. The results of the study will help to optimize the helmet display system of symbol expression, general specification for airborne helmet display system developed is of great significance.

Key words:helmet mounted display;brightness;target box

目录

1绪论

1.1引言

1.2研究背景及意义

2头盔显示系统综述

2.1头盔显示系统简介及国内外发展现状

2.1.1头盔瞄准系统简介

2.1.2头盔显示系统国内外发展现状

2.2头盔显示器人机交互界面设计研究现状

2.3HMD与HUD的对比分析

3头盔显示器上的人因工程学

3.1头盔外形设计上的人因工程

3.2瞄准方式上的人因工程

4字符显示及图形标示分析设计

4.1字符显示设计及评价

4.1.1字符形状大小设计问题

4.1.2关于非分布的飞行参考符号

4.1.3字符设计评价方法

4.2图形标示设计理论及问题

4.2.1图形大小及复杂度设计

4.2.2图形颜色设计

4.3字符图像的亮度设计问题

5实验论证

5.1实验设计

5.1.1问题来源

5.1.2实验理论基础

5.1.3实验方案

5.2实验数据分析

5.2.1折线图分析

5.2.2方差分析

6分析与讨论

6.1关于单个被试者的数据分析与讨论

6.2关于总体被试者的数据分析与讨论

7总结与展望

7.1总结

7.2展望

头盔瞄准界面不同背景明度下目标框显示研究

1绪论

1.1引言

战机显示器经历了下视显示器，平视显示器的发展过程，如今随着科技的发展，人机系统的复杂程度越来越高，对视觉显示的设计要求越来越高。传统的平视显示系统（HUDS）一方面视场过于狭窄，无法做到离轴发射，另一方面操作系统过于复杂，已经跟不上当下时代对战机系统的要求。由于现代战争的需求，以及软件与硬件的不断发展，使得HUDS得以升华，有了如今的头盔显示系统（HMDS）。头盔显示克服了HUD的诸多缺点，例如HUD始终被固定在载体上，若是不移动载体，飞行员无法将外界信息与屏幕信息叠加；HUD视场较小，很大程度上限制了飞行员对整体局势的把握。HMDS通过微缩显示技术、将显示器置于头盔的护镜上，飞行姿态，瞄准体系，战场情报等信息直接可投影到飞行员眼前，飞行员可以快速地捕获所需信息，甚至对离轴的目标进行追踪和发射武器，从而占据主动权^[1]。国内由于HMD的发展起步较晚，如今并没有系统的头盔瞄准系统显示规范，大多沿用了平视显示器传统符号。头盔显示器因其视场大，信息量多等优点，传统平视显示符号必然难以满足相应要求，只有匹配的符号系统才能更充分的发挥出它的优势。

本文依据国家现行战机标准符号体系，参考众多战机符号研究文献，以明度因素与虚实线的表达为主要研究对象，针对头盔显示器的目标框进行研究。旨在为飞行员传达更加简洁准确的信息，加快飞行员的反应速度，提升作战效率，减少不必要的操作失误。

1.2研究背景及意义

由于当今战机系统的整体人机环境复杂程度不断加大，对飞行员的要求也在不断提高，导致飞行员脑力负荷越来越大，操作失误率也随之提升。如何在大量复杂信息中第一时间提取到最重要最关键的新信息，从而加快飞行员的反应速度，提高作战效率，是界面优化设计的一大重要任务。

传统的HUDS显然已经跟不上未来战机对于界面系统的要求，于目前的国际行情，头盔显示系统在战斗机的应用和推广上势在必行。除了硬件设备以及软件系统的研究，与之相匹配的文字符号学必须形成一套规范的体系。在战机低空飞行时，空中与地面明度差异较大，本文的目的是探究不同背景明度下的目标框明度以及虚实线的表达对搜索目标绩效的影响。

2头盔显示系统综述

2.1头盔显示系统简介及国内外发展现状

2.1.1头盔瞄准系统简介

头盔瞄准系统（HMDS）是以头盔为载体的数字界面显示系统，头盔瞄准最早的概念是在头部连接的设备提供符号与图形信息，将其引入到使用者的视觉通道形成虚拟图像以供使用者观察大视场内的信息。

哈佛大学的Ivan Sutherland在1968年首先提出了头盔显示器，并设计出了名为摩克利斯之剑的头盔显示器^[2]。艾伯特在1919年首先提出了将头盔瞄准系统与机载武器相结合的理念，称之为“头盔综合枪”^[3]。但头盔瞄准系统最初并没有得到支持与认可，早期的头盔瞄准系统不仅设备负荷极大，严重影响使用者的活动，而且实验结果表明使用头盔显示系统不仅并未提供飞行员的操作能力，反而对飞行绩效有所降低，各国在不断尝试后逐渐放弃了头盔显示系统的研究。直到20世纪80年代，随着虚拟软件的飞速发展，现代高科技战争的变化日益加速，各国对新型武器的需求也不断提高，头盔显示系统在这样一个时代被重新重视起来。

2.1.2头盔显示系统国内外发展现状

2009年，BAE System公司取得突破(如图2.1)，在新一代Q-sight头显中，将全息图嵌入衬底中，光波被限制在衬底中的特定回路里传播，与此同时部分光线溢出，随后共同形成完整图形投影在前方。这种头盔显示系统在英军皇家海军Mk8型“山猫”舰载直升机中首先装备，用作机枪手远程瞄准系统。

图2.1 BAE System公司的头盔设计

2010年，法国的泰莱斯公司生产的TopOwl头盔显示器广受好评，它能够提供夜视功能、精确瞄准功能等，满足各项作战需求。该显示器提供更精准的飞行字符系统、更强的夜视性能和瞄准能力，其舒适性和适用性更好。现在专家评定其军用夜视性能已升为5级，意味着在无任何背景光源的情况下依旧能够使用。它拥有配平的中心，而且能做到平视指引仪与下视监视器之间的无缝转换。

2011年，BAE System公司被选择为F-35提供第二代夜视头盔显示系统（如图2.2），通过安装在头盔前的夜视摄像机，F-35 头盔可以把飞行和目标的信息叠加在夜视图像上。在使用传统的设备时，飞行员必须在这两种功能之间切换。这种结合对于 F-35 飞行员来说是一个巨大的优势，因为所有夜视器材都限制了视野范围。叠加了符号信息后会比单独使用夜视功能更能帮助飞行员了解周围态势。

图2.2F-35的头盔显示器

2014年，英国航空航天系统公司的电子系统业务工程师，运用BAE System研发了可穿戴式军用头盔Q-Warrior头盔显示器(如图2.3)。Q-Warrior头盔显示器与普通的头盔区别在于，它在人的左眼部分配备了耗能极低的显示屏，能够实时为士兵提供战场上高清晰的图像传输，信息叠加在外界背景上，可使其在短时间内获取大量信息，且不会影响士兵对外界环境的观察。

图2.3Q-Warrior头盔显示器

国内HMDS的起步相对较晚，但通过借鉴国外的研究成果近些年也取得不少成果，在 1992 年，中国航空工业总公司第六一三研究所对全息头盔瞄准系统进行了初步理论性研究，并在1998 年借鉴俄罗斯的研究成果成功研制了国产的HMDS。目前，液晶式头显系统也己被列入国家十五预研计划。但从技术发展和实际要求上来看，与发达国家同类产品的研制还有一定的差距。理论基础和实践经验的不足是造成这一短缺的主要问题，依眼下的情况，研究高交互性能的头显系统，跟上国外同类产品的脚步是十分必要的。

2.2头盔显示器人机交互界面设计研究现状

随着时代的发展，人机交互这一词语已融入各行各业，军用产品中更不在少数。如今头盔显示的研究中，人机交互问题必然是一大重点。交互界面设计是从交互设计中衍生出来的一个新兴学科，强调认知心理学、行为学及社会学等学科的理论指导，设计核心是强调计算机与人或自然的反馈交互作用^[4]。

国内人机交互界面设计同样起步较晚，国外在20世纪就已经有相关研究，国内则是近些年来才开始重视，没有成型的体系使得研究的发展较为缓慢，但随着产品设计的相关概念提出和一些大型产品设计研发公司的成立，国内的相关发展研究也取得了一些成果。

战机的交互界面是指在飞行员驾驶时，战机显示相关信息和指令的界面。随着显示技术和控制技术的不断提高和进步，逐渐将交互界面应用于战机显示系统中，形成如今的人机交互形式。

对第二代单目瞄准系统提出质疑后，现代战机的交互界面有了进一步的改进。现代战机交互界面不仅提高了系统性能，而且减少了驾驶员的疲劳负荷，符合交互界面设计准则。国外对战机交互界面的研究起步较早，以美国为例，F-35 战机首次尝试在飞行中配置现代头瞄系统，但是飞行结果并不好。经过研究发现，飞机旋转与高速飞行时带来的震动对头盔显示器的显示效果造成了很大干扰，符号信息显示也并不如预想中那么好。国内的武直-10 中也应用了现代头盔瞄准系统，虽然飞行速度较慢，但不可避免的也出现了类似的情况。国外现已着手研究此类问题，并在近些年的研究中显然已取得较大突破。国内也将新一代的头盔显示系统作为一个热点研究课题，列入了下一个国家五年计划中。

2.3HMD与HUD的对比分析

平视显示器HUD是传统的战机使用瞄准系统，在HMD没有普及的今天仍然占据着重要位置。HUD普遍运用在如今的航空器上作为辅助仪器，比起早期的下视显示器，平视显示器能让飞行员无需低头就能得到自己所需的相关信息，大大减缓了飞行员的疲劳程度，避免了注意力中断以及对状态意识掌握的不足。这种瞄准器最早出现在第一次世界大战，到了第二次世界大战各国已经广泛使用，除了军方以外，如今民航也纷纷改进安装，提高飞行的安全性。但是HUD的巨大不足也是显而易见的，飞行员必须将机载屏幕对准目标时才能进行信息采集和锁定攻击，无法做到离轴发射，严重影响了作战效能（如图2.4）。

图2.4传统HUD

佩戴HMD的飞行员则完全不同，可以简单的转动头部就完成目视跟踪和目标锁定，这个过程能完全发挥飞行员的主动性。HMD现在具有自适应搜索能力，而且能够识别和跟踪目标。另外，HMD还可以驱动格斗导弹的导引头，达到快速扫描和指向目标，可以在第一时间实施攻击。同样，他也可以驱动如前视红外、机载雷达、摄像机等设备，使其快速对准目标，从而大大减少捕捉目标的时间。HMD 可以将符号显示于飞行员视线方向上，保证飞行员在观察舱外实景，搜索目标的同时获知飞行信息，减少了飞行员转头监视平视显示器和下视显示器的次数，在夜间恶劣天气近距空战等条件下，HMD 呈现舱外实景的红外图像，实现全天候飞行作战^[5](如图2.5)。

图2.5HMD显示界面

空军目前装备的大部分作战飞机都是平视显示器，使飞行员获得的姿态信息在瞄准线上，但是当飞行员进行离轴观察作业时，HUD并不能呈现给飞行员任何态势信息。HMD的使用则可以连续的给飞行员提供飞机态势信息。早期研究表明，飞行员运用HMD比HUD能有更多的离轴瞄准时间。因此，飞行员在战场上应更普遍地运用HMD捕获信息，这些信息将有助于飞行员空间导航。

关于HMD的研究，目前得到的结论有：飞行员用HMD能比用HUD在空对空和空对地任务中有更长的离轴时间。在更长的离轴观测时，对飞行绩效没有影响。

3头盔显示器上的人因工程学

3.1头盔外形设计上的人因工程

飞行头盔除了基本的防护和显示功能，还应具备一定的工效性。近些年来，飞行头盔的设计缺陷时常导致飞行员健康和安全受到威胁，这也逐渐受到了设计者的重视。适合飞行员生理尺寸的设计标准逐渐被确立，这在很大程度上提高了飞行员的飞行绩效，减少了疲劳负荷。

传统飞行头盔质量较大，稳定性不足。重量的增加会对飞行作业产生一系列影响，容易造成飞行员颈部和脊椎长期受损。它使得飞行员在飞行作业时下意识的调整姿势，容易引起头盔滑动，造成对视线的阻碍。调整颈部姿势也会使其与正常颈部姿势有较大偏移，使得头部和颈椎肌肉骨骼压力增加。因此，对头盔无用面积的优化设计一直是当今的热点设计话题。

在头盔设计方面，我国研究者有提过三种方案：方案一：将头盔整体质量通过附加佩戴部件转嫁至其它身体部位，减轻头部和颈部的压力；方案二：将整体头盔与机舱顶部连接，通过可伸缩的记忆材料连接头盔与机舱顶部，适量的减轻头盔相对于飞行员的质量；方案三：将头盔基本结构部分与头盔瞄准系统部分分离，实现可衔接的模块化造型设计^[6]。

3.2瞄准方式上的人因工程

在第一代头盔瞄准系统设计时，采用的是单目瞄准形式，这可以减少飞行员颈部负荷，减少疲劳度。但当该系统实际运用时，飞行员反应了很多设计上的不足。单目瞄准系统会导致双眼不协调，视觉紊乱甚至会出现幻觉。经过研究发现，设计有明显缺陷，随着使用时间增长，会出现双目竞争，三维视觉缺失等。

为改善单目瞄准系统，设计师提出了双目瞄准系统设计方案，双目瞄准系统中两个显示器中信息来自于两个相同的独立像源。为保证两个显示器中有一致性的光轴并实现画面重合，需通过飞行员主观调整使双目视觉融合^[7]。

无论是单目还是双目瞄准系统，都会对飞行员在一定程度上带来不良影响，降低飞行员作业效率。依据现在的研究，提出了全息式头盔显示方式和可调护目镜显示方式。全息头盔使用了特殊镜面，可将飞行员周身景象记录下来，反馈给飞行员。至今未有出现飞行员恶心、头晕等症状，研究人员认为全息头盔可降低使用者疲劳负荷。但全息头盔最大的不足是对设备和环境的稳定性要求过高，在战机的复杂飞行环境下，振动带来的影响较大，全息头盔一旦故障，飞行员将对周围环境一无所知。

可调式护目镜显示形式相对来说显示范围变小，无法达到 360°。护目镜显示器随着飞行员头部运动来改变观测角度，其观测范围与飞行员头部转动角度有直接关系。一般此类设计都会配合其他辅助观测设备，通过协同作用为飞行员提供一个360°的观测范围。

4字符显示及图形标示分析设计

4.1字符显示设计及评价

显示界面中，文字符号是必不可少的信息载体，飞行员在驾驶过程中，必须通过快速的辨析简洁的文字符号来获取所需的各种信息。为了保证飞行员辨认接收信息的效率高，可靠性高，文字符号的设计必须基于交互设计原则。一般考虑到字符的形状，大小，亮度等问题。

4.1.1字符形状大小设计问题

字体分汉语和英文，汉语一般选用宋体或黑体，英文或数字一般选择Bank gothic字体。字体的选取一般考虑到形状特点鲜明，且简单易懂。符号的选择则主要考虑辨识率，研究表明，三角形和方形的辨认率比较高，圆形和椭圆的辨认率其次，最差的则是十字形。所以在实际使用时，可见三角和方形的出现频率较高。

4.1.2关于非分布的飞行参考符号

非分布式飞行参考符号系统（NDFR）^[8]是Geiselman等人专门为头盔显示器研究的一套符号，已经证明了在维持同水平飞行绩效中，比现在的军用标准能更长时间的让飞行员离轴瞄准。这些符号用一些简单的图形表达飞行速度、飞行姿态、航行等多个飞行参数。

Havig, Jenkins, 和 Geiselman还研究了态势信息应如何在飞行员离轴观察时展现出来，有两种选项：前方或在瞄准线上（LOS）。“前方”的符号代表瞄准器上的姿态信息。而“瞄准线”显示态势信息与视觉的场景。他们研究了五个不同的符号标准（HUD, VCATS, ASAR, Theta Ball, NDFR）实验由两个不同的任务组成，执行任务的飞行员面对监视器或旋转90°回头看肩。在第一个实验中，飞行员与模拟湍流保持水平直线飞行，第二个任务要求飞行员通过按键，表示他们的态度和反应，然后显示系统启动，飞行员需要完成新的飞行态势。NDFR在离轴瞄准和前视时的控制结果比LOS好。在实验的第二部分中，使用NDFR时，对态势的正确选择和反应时间最快。即使所有符号集的整体性能是平等的，在态度复苏期间NDFR提供了更快的初始输入，NDFR同样可以更好地提供本机信息。飞行员使用NDFR能够保持更准确定位。更快的反应时间也可能允许飞行员空间迷失方向后能更快地恢复^[9]。

在模拟实验中，NDFR符号能让飞行员在空对空和空对地任务中更长时间的离轴瞄准，Jenkins,Thurling,Having和Geiselman致力于量化典型任务飞行操作上的驾驶员绩效^[10]。典型任务包括：空对地，空对空和异常态势恢复。符号评估运用HUD，NDFR和VCATS。（CLSA）等级制度用来测试飞行员对于每一个符号的态势感知。哈勃修正法用来测量工作负荷。飞行员用HMDs能长时间离轴观测，但NDFR是唯一不减少飞行绩效的。这在空对地和空对空的任务中都是一样的。VCATS符号能让飞行员长时间离轴作业，但是提供相同态势感知时会降低绩效。在空对地任务中，NDFR符号与HUD提供的态势感知相等，VCATS则更糟。在工作负荷评估中也得到相同结果。在空对空任务中，NDFR能提供最好的态势感知和工作负荷。NDFR和VACTS符号都能在第一个关键输入时带来最快的反应,飞行测试的结果与前期模拟实验相一致。

基于飞行测试的建议，对NDFR符号做了些改动。NDFR的两种不同版本也和HUD一样，基本版本的NDFR在两个空对空的拦截任务的典型操作上做了实验。这个任务中，使用HMD离轴瞄准，视觉获取目标。评估离轴HMD在速度的改变或趋势信息的承载上的显示情况。假设飞行员如果有能力观测速度和高度的变化，将能更好的控制飞机。在完成低速拦截和高速空中保护两个实验后，飞行员要用CLSA对他们的态势感知评级，用MCHR对他们的工作负荷评级。NDFR被证明是提供趋势信息最好的符号系统，也能得到最高的MCHR等级。NDFR符号能带来最优的离轴瞄准时间，与HUD表现相同,它是飞行员的首选符号。

4.1.3字符设计评价方法

字符设计完成后需要对其进行评价，评价的有效方法一般是将具体设计的符号融入综合性任务实验中，分析符号设计是否提高了飞行员了解信息的效能，是否降低了飞行员使用的疲劳。评价方法一般分为实验评价法，模拟飞行评价和实际飞行评价法。

实验评价法一般是最常用的方法，在头盔显示器上模拟飞行实验，要求被试者完成一些任务，类似理解，决策，记忆等。这类实验的最大特点是可以很好地控制变量，将所需研究的任务与其他干扰项隔离开来。实验一般要求记录反应时间，眼动情况等，将数据进行处理分析，找到想要的结论。

模拟飞行评价法同样是一种常用的评价法，一般会提供一段HMD的视频，观看一段时间后画面消失，要求被试者回忆完成相关任务。Geiselman曾用这种方法评价过非分布的飞行参考符号(NDFR)。实验由受试者在符号集在一定的曝光时间的静态展示中回忆本机信息，被试者也符号集给出了主观反馈，例如对于确定本机态势的自信心。结果显示出，NDFR符号提供了更好的信息展示，似乎相比VCATS提供了额外的信息处理能力。主观反馈与被试对非分布式飞行参考的本机态势信息的自信心相一致。飞行员的快速评估本机信息，建立一个准确定位的能力，也许能为态势感知带来益处。使用NDFR符号可以在飞行员建立空间定位时减少工作量，可以在维持飞行绩效的前提下允许飞行员完成其他任务。模拟飞行实验检验了航线符号与其它飞行符号联动显示是否能减少认知管道效应，飞行实验在高负荷任务中考察了导航任务与其它任务是否能协调进行^[11]。

实际飞行评价法因为飞行过程难以实现，并且可能出现难以预测的情况，所以使用情况较少。但是实际飞行法被认为是最有实际意义并且最准确的方法。如果排除飞行任务中的偶发情况，实际飞行带来的数据意义巨大。

4.2图形标识设计理论及问题

4.2.1图形大小及复杂度设计

图形标识一般通过抽取简单或抽象的符号，指定其代表某种事物或意义。战机图形标识一般依据人机工程理论，其特点是抗干扰能力强，而且传递的信息量大，在短时间内能被飞行员辨别且做出相应判断。

交互界面中，图标的内容一般都是对需要的信息进行高度概括，将其提取为易于理解和辨别的图形，便于飞行员理解记忆。但并非越简单辨识率越高，这涉及到图形的特征数。图形标示的设计不能过于简单也不能过于复杂，其辨认关系如下表所示。

表4.1辨识速率及准确性与特征数量关系^[6]

4.2.2图形颜色设计

头盔显示器色彩形式现有三种：单色、双色、全彩。合理的色彩设计可以提高飞行员对信息辨识的速度和准确性，还可降低飞行员劳动负荷，缓解操作压力。从明度和纯度上来说，低明度低纯度的色彩不容易引起视觉疲劳，饱和度、亮度较低的色彩对人眼刺激也不敏感。但是这些对人眼刺激不大的色彩同样不容易引起视觉的警惕性，所以，一般采用低明度低纯度的弱色作为背景色，而会选择高强度的色彩作为特殊信息色彩^[12]。

三种头盔显示器中，单色显示器色彩区分度低，信息优先度表现不足；全色彩显示器能够区别信息优先级，但色彩过于复杂会导致飞行员视觉疲劳，严重还会引起头晕等症状；眼下来看，双色显示是最适宜的显示模式，有一定的区分度，且不易引起视觉疲劳。

研究表明，人眼对于橙、黄、绿三色认知性最好，且这三种颜色引起的疲劳度较小。现在的双色头盔显示器大多选用的是红绿两色搭配，这遵循了人体工程学原理，红绿两色通过搭配还能显示出黄色、橙色等颜色。

头盔显示系统的图形颜色中，红色表示危险或紧急报警，警告危险或需要立即采取干预措施的状态，如系统通讯故障需维修、放弃任务或弃机警报。黄色表示警示，表示条件改变或即将发生改变，应采取措施，如油量不足或即将低于安全值。绿色表示安全，显示安全的运行条件或允许继续运行，一般各项属性正常时都用绿色。蓝色用于显示特殊信息，一般用于提示地面信息或控制指令。白色表示一般信息，除紧急信息外均可用白色表示。

4.3字符图像的亮度设计问题

显示器的亮度必须使图形和符号有绝对可读性。光源亮度、光学系统的效率、组合玻璃的特性，这三方面决定了图像的亮度。因为飞行员在高空飞行时外界亮度会非常高，所以要求显示器光源的亮度也非常高。头盔显示器的对比度取决于实际显示光亮度与外界环境亮度，研究表明，多种新技术的应用有助于降低飞行员使用HMD的心理负荷，亮度自动调节技术减少了飞行员手动调整HMD亮度的次数，提高了符号的可读性^[13]。

头盔瞄准器要求在任何气候下都能正常工作，随着环境的变化，为保证恒定的亮度比，显示器亮度需要随着环境的变化而变化。透反式液晶显示面板的出现使得这一问题得到了有效解决，它一般光照强度下处于透视模式，符号或图像显示为高亮度；而在强光照强度下处于反射模式，符号或图像显示为低亮度，保证清晰的显示效果^[14]。

除了外界环境的亮度会对飞行员造成影响，机舱内环境的照明情况同样会影响飞行员的操作效率。国外先进战机目前采用的照明体制是夜视兼容绿光LED，国内飞机照明系统设计也将照此趋势进行。在环境光不断变化的条件下，适当补充环境光的不足，这是舱内的自动调光功能。自动调光的关键是根据人眼的感知特性，适时适量补充光照不足。这一功能同样可降低飞行员操作负，留给飞行员更多的容错率。

5实验论证

实验设计和结果分析是本文的主要内容，本文主要运用PS软件将背景颜色提取，滤去色相以后，保留背景明度，将其按天空地面分为两块，然后按明度百分比划分阶梯，排列组合出相应实际情况。最后用E-prime软件编程，探讨不同明度下应当怎样优化现有目标框符号的设计。

5.1实验设计

5.1.1问题来源

经过长时间文献调研，发现对于现有头盔显示器的显示界面研究，大部分偏向于界面设计，包括符号形状、大小、颜色等，对于整体界面性质也更多的是研究亮度的变化，关于明度变化上的研究很少有人提及。尤其我国对于HMDS的研究刚起步不久，对头盔显示界面的明度研究目前几乎没有，本文便是从明度角度切入，希望能对现有符号做明度上的优化。

从明度切入的想法主要来源于，在飞机进行低空飞行的时候，以水平线为界，天空与地面的明度往往会有很大差异。如图5.1，将图中的纯度归零、色相过滤后，可以明显的观察出天空与地面的明度差异。

(a)原始图片 （b）饱和度调整为零

图5.1天空地面明度差异

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