5.2 视觉信号

5.2.1 视觉信号的分类和要求

1.视觉信号的分类

（1）按信号的表现形式分类。①文字信号，以文字方式表达的信息，如指明相应功能的各种标牌和标志上的文字。②数字信号，以数字方式表达的信息，如显示各种运行参数的数值。③符号信号，以形象化的图形符号表达的信息，如安全标志上的各种图形符号。④图形信号，以图形表达的信息，如用曲线来表达波形，以框图表达流程等。⑤图像信号，以图像表达的信息（也包括动画、照片、图片等）。

（2）按显示信息的时间特性分类。①动态信号，所显示的信号随时间而变化，如仪表和显示屏上显示的信号。②静态信号，所显示的信号在一定时间内是保持不变的，如各种形式的印刷符号等。

（3）按信号是否消耗能源分类。①有源信号，由可以迅速改变状态的器件提供信息，该信息指示系统（或设备）运行状态的改变或对危险性进行报警。②无源信号，由给出系统（或设备）或其环境永久性信息的器件所提供的信息，如标牌、标志等。有源、无源信号的功能与特点见表5-3。

2.视觉信号的基本要求

欲感知视觉信号，应满足如下要求。

（1）将物体放置在人们的视野内，并且从所有需要观察的位置都可以看到。

（2）与背景相比有合适的视亮度和颜色反差。

（3）图形符号应简单、明晰、合乎逻辑，便于理解且释义明确。

3.视觉信号的感知要求

（1）视觉信号的觉察要求。①信号应根据其重要性和使用频次布置在适当的有效视区之内。②根据信号与人之间的功能关系，选用适当的信号类型并进行合理布置。③适宜的视觉环境，尤其是应具有良好的照明环境（充足的照度，无反光、眩光）和避免振动影响。

（2）视觉信号的识别要求。①信号质量高，易于认读，字符、指针、线条应清晰，与背景和环境间的对比度充分，并满足感知速度与精度的要求。②不同功能的显示信号之间应运用编码技术，使之易于区别。

（3）视觉信号的解释要求。任一给定的信号，都应使作业者能够做出迅速、准确的理解和判断。例如，运用信号的状态、临界值标志，以及成组布置等手段。

5.2.2 信号与操作者之间的位置关系—视区划分

操作者的视野范围是有限的，只能随时依次地注意有限的显示器，应根据操作者的生理和功能的要求，决定视觉信号相对于操作者的位置。

1.信号与操作者之间的功能关系

（1）觉察作业。系统中那些需要引起操作员注意的信息，是显示信号本身要求操作员的注意（闪光报警或音响报警），或一种、多种显示信号向操作员发出警报（视觉和听觉显示器结合），或系统状态提醒操作员注意检查显示器。

（2）监视作业。监视作业是操作员主动寻找信息的作业，操作员找出并注视显示信号，如各种运行工况信号。

2.视区的划分

从使用功能出发，在头部静止、眼睛正常活动状态下，根据人眼对视觉信号的觉察效果的优劣，可分为3个视区：良好（推荐）视区（A区）、有效（容许的）视区（B区）、条件（不合适）视区（C区），如图5-8、图5-9中所示。

1）觉察作业的视区划分

觉察作业的视区划分如图5-8所示。在觉察作业中，视线取决于主要注意中心（由视觉作业所要求）。图中S是对注视点（注意中心）的视线。

2）监视作业的视区划分

监视作业的视区划分如图5-9所示。在监视作业中，显示器可以布置在水平线以下，这对操作员来说是比较舒适的。图中SN是正常视线（水平线以下15°～30°）

3）色觉的视区划分

人的视觉对不同颜色的敏感范围小于对白光的敏感范围。色觉的视区划分如图5-10所示。

3.视觉信号的布置

视觉信号一般应尽可能布置在A区，当信号较多时，则依次由A区向B区（如有必要甚至向C区）扩展。视觉信号布置的建议见表5-4。

视觉显示器一般不应布置在C区，除非设计者已提供了一些适当的辅助手段，如附加的听觉显示器或其他不需要操作者大幅改变姿势的装置（如转椅）。C区仅用于对安全运行来说不起关键作用的显示器。

视区（良好视区、有效视区、条件视区）是从视觉信号易于觉察的程度出发，对眼动视野范围内视觉信号布置区（位置）所进行的划分。在视觉显示系统设计中，应以视区划分的数据作为布置视觉信号的主要依据，同时辅以直接视野和观察视野的数据，进行综合运用。对于以色觉识别为主的视觉信号，应注意色觉视区。

5.2.3 信号的对比度和视（认）度（可见度）

眼睛要能辨别某一背景上的某一信号（目标），必须使背景与信号有一定的对比度。它可以是亮度对比度（背景与信号在亮度上有一定的差别），也可以是配色对比度（背景与信号具有不同的颜色）。

人们看信号（目标）的清楚程度，除与人们的视力条件有关外，主要还与该物体的物理条件及其所处的物理环境有关。为了定量地表示这种清楚程度，引进了视（认）度（Visibility）的概念。视度也称可见度或能见度。

1.信号（目标）的亮度对比度

若被观察的信号或目标的亮度为L0，其背景或周围环境的亮度为Lb，则它们之间的亮度差ΔL（=L0-Lb）与背景亮度之比称为亮度对比度，用C表示，即

C=ΔL/Lb=（L0-Lb）/Lb

对比度的概念是比较混乱的，仅在IEC技术词典中就给出了3种表达式。但近年来的研究结果及CIE（国际照明委员会）第19号出版物中，均逐渐统一采用这一公式。

当信号与背景间的亮度差ΔL使信号刚好可见，则称为临界亮度差ΔLp。若ΔL≥ΔLp，则这个信号就能够被看见，亮度差越大，越容易看见。临界亮度差ΔLp与背景亮度Lb之比，称为临界亮度对比度Cp（可以观察到信号的最小对比度）。在理想情况下，视力好的人，其临界对比度约为0.01，也就是说，其对比敏感度达到100。

需要强调的是，一个信号或目标要能被看见，一定要满足ΔL≥ΔLp或C≥Cp。但是临界亮度差或临界对比度并不是固定不变的，它与一定的观察条件，特别是与信号（目标）的视角和背景亮度的大小有关。

2.信号（目标）的配色对比度

1）色彩对比

当将两个或两个以上的色彩放在一起时，通过观察、比较，可辨别出它们之间的差异。这种差异关系称为色彩对比。差异越大，对比效果越明显。色彩对比只能在同一色彩面积内，进行明度与明度、色相与色相、纯度与纯度的比较。实际色彩设计中，往往是两项或两项以上的要素参加对比，这种对比称为综合对比。色彩在色立体上距离越远，对比越强；距离越近，对比越弱。不论是单项对比还是综合对比都是如此。

2）配色视认度

在色彩设计中运用色相对比、纯度对比、明度对比、冷暖对比、面积对比、形状对比、综合对比等对比手段，达到美的视觉效果。然而在信号设计中，关心的是配色对比度，或者说是配色的视认度，以便使底色上的图形色更易辨认。试验证明，配色视认度一般与下述因素有关（其中以图形与底色的明度差别对视认度的影响最大）：①照明光线太弱，视认度差；光线太强，有炫目感，视认度也差；②图形与底色色相、纯度、明度对比强时，视认度高，对比弱时视认度低；③图形面积大时，视认度高，图形面积太小时，图形色会被底色“同化”，其视认度就低；④图形简单而集中时，视认度高，图形复杂而分散时，视认度低。

一般认为黑白搭配最清晰，其实不然，最清晰的配色是黑与黄，表5-5所示为配色的清晰程度（易辨性）的高低次序。

表5-6所示为配色的模糊程度（视认度低）次序。

在远距离（30m以上）、同样粗细的笔画条件下，白色数字比黑色数字更好辨认，而近距离情况则相反。在微光条件下观察时，以白色数字为优，认读黑暗背景上的白色数字比认读明亮背景上的黑色数字的出错率小，且不易疲劳，因而在微光条件下，以采用深底色上的白色数字为佳。

3）配色关注感

视认度高的色未必就是关注感高的色，因为容易被识别辨认的色，不一定会对人有吸引力而引起关注。色的关注感主要取决于该色的独立特征和它在周围环境中惹人注目的程度。例如，以红色作为警戒色而不是用黑、白、黄等色。因此，视认度高的色的搭配是关注感高的一个必要条件，但并非充分条件。一般来说：①有彩色比无彩色关注感高；②纯度高的暖色比纯度低的冷色关注感高；③明度高的色比明度低的色关注感高。

3.信号的视（认）度

一个信号（目标）之所以能够被看见，是因为它有一定的大小（视角）、一定的照度，以及一定的对比度（信号与背景之间的亮度对比）。当上述条件之一恶化到一定程度，使该信号达到刚刚能被看见又刚刚看不见时，称信号处在临界可见条件。一个信号的可见条件高于其临界可见条件，则可看清楚，高出程度越大，视认度越大。当视角、对比度及背景亮度这3个变量之一有较明显的变化时，视认度值就有相应变化。当信号的大小和照度一定时，信号的实际对比度越大，视认度越大。

5.2.4 视觉信号表面色和灯光信号色

海、陆、空交通是国际性的，为确保对各种交通工具的信号颜色进行适当引导和控制，CIE制定了视觉信号用颜色的国际标准。GB/T 8416《视觉信号表面色》和GB/T 8417《灯光信号颜色》采用了CIE的相应国际标准。它不仅适用于各类交通工具，而且适用于一般的报警信号设备和颜色编码。

1.视觉信号表面色

（1）普通色。材料表面的普通色是通过入射其表面的光线，有选择性吸收后显示的颜色。信号用普通色包括红色、橙色、黄色、绿色、蓝色、紫色、白色、灰色、黑色、棕色等。

（2）荧光色。视觉信号表面采用昼光荧光色的有色材料（如油漆、颜料或染料等在昼光下具有光致发光性质的材料）制作的颜色。信号用荧光色包括红色、橙色、黄色、绿色等。

2.表面色的使用

（1）在所有使用表面色的视觉信号系统中，尽可能地减少颜色的数量。易于辨认的颜色是红色、黄色、绿色、蓝色、黑色和白色。橙色、紫色、灰色和棕色可用作辅助色，使用时应避免发生任何混淆。

（2）当信号标志只用于为近距离和中等距离提供信号时，如公路交通信号标志，则可使用对比色组合，采用有特色的符号和不同形状来帮助辨认信息。

（3）当信号标志用于为远距离提供简单信息时（如海上信号装置），不应将光标表面分割成不同的颜色区域，以免由于视觉锐度的限制可能会造成颜色的混淆。但如果每个光标只使用一种颜色，则整个系统的颜色一般应不超过3种，首选颜色应是红色。

（4）为特殊的信号系统选择颜色时，通常是给每种颜色规定比本标准确定的范围更小的色品范围和亮度因素界限，以使系统内部各种颜色更加一致。当系统中的信号标志相距较近而连续出现时更应如此。还应避免同一系统的不同信号标志间颜色纯度发生大的波动。

（5）在选择信号系统使用的颜色时，探测信号标志及辨认它的形状，都需要信号标志与其所处环境的亮度和色品形成鲜明对比。同样，文字和符号是否可读也取决于它们和背景色之间的对比度。

（6）信号标志应适时检查，并进行清洁处理，以解决积垢、烟熏变黑、盐的沉积等造成的颜色变化问题。

（7）颜料和其他材料的颜色可能会因露天放置、污染和积垢、烟熏造成的老化而发生变化。一些材料，尤其是塑料材料和荧光色材料在日照作用下会发生颜色的改变。为确保一旦颜色不再符合标准的范围能够及时更换表面色材料，应有必要的定期检查。

3.影响表面色效果的因素

（1）光源变化的影响。光源的变化总会造成表面色的色品和亮度因素的变化。应在实际应用中的光源下核查信号标志颜色。必要时应在信号标志附近安装专用的照明设施。

（2）异常色觉。考虑到大部分色觉异常者混淆颜色的情况，一般应选择红、蓝、黑和白色作为信号标志颜色。如在一个信号系统中，需同时使用绿、黄、红色，应避免使用色品区域上靠近黄色区域一边的绿色。可采用其他措施，如形状、图形和对比度，作为防止颜色混淆的辅助保证。

（3）表面状态对普通色的影响。材料的反射性质受其表面状况的影响。即使同一材料，测量到的颜色也会因其表面是否有光泽而不同，无光泽的表面的亮度因素要高一些。应对一些有代表性的样本进行测量，这不仅包括一个信号系统中信号标志所用材料的颜色，还包括其表面的状况。

（4）荧光色的褪色。①应特别注意日照、恶劣天气和磨损会使荧光色迅速褪色，即使只是几天不对其进行维护，颜色的色调和亮度因素也会发生很大的变化。②特殊的保护层可减缓褪色的速度，将颜色的寿命至少延长至两年。这些颜色在不同的使用环境下的正常寿命并不十分确定，应经常对荧光色进行检查。如果选择在同一信号系统中同时或轮流使用荧光色和非荧光色，就需要特别谨慎，因为不同颜色褪色速度不同，会使它们的色品出现差异，给使用造成困难。

4.灯光信号（包括闪光信号）色

灯光信号色为红色、黄色、白色、绿色和蓝色，不得使用其他颜色。

注意：①橙色不宜用作光信号，因为它容易与红色和黄色混淆；②信号系统所用颜色通常不超过4种。