ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ВИЗУАЛЬНЫХ АРТЕФАКТОВ НА ЦИФРОВЫХ ИНДИКАТОРАХ СИСТЕМ АВИОНИКИ

THEORETICAL FOUNDATIONS OF VISUAL ARTIFACTS ON DIGITAL INDICATORS OF AVIONICS SYSTEMS

Losev Evgeny Olegovich

Postgraduate student, Department of Measuring and Computing Complexes, Ulyanovsk State Technical University,

Russia, Ulyanovsk

АННОТАЦИЯ

В статье рассмотрены причины возникновения визуальных артефактов на цифровых индикаторах систем авионики. Предложена классификация артефактов по природе возникновения и выделено вибрационно обусловленное размытие как динамический фактор, снижающий считываемость символов, шкал и предупреждающей информации.

ABSTRACT

The article considers the causes of visual artifacts on digital indicators of avionics systems. A classification of artifacts by their origin is proposed, and vibration-induced blur is identified as a dynamic factor reducing the readability of symbols, scales and warning information.

Ключевые слова: цифровой индикатор; авионика; визуальные артефакты; размытие изображения; вибрация; зрительное восприятие.

Keywords: digital display; avionics; visual artifacts; image blur; vibration; visual perception.

Цифровые индикаторы в системах авионики применяются для отображения параметров полета, навигационной информации, предупреждений и состояния бортовых систем. Даже при корректной работе программного обеспечения ошибка считывания может возникать из-за ухудшения видимости отображаемого элемента, поэтому качество зрительного восприятия является самостоятельным фактором безопасности [1; 2].

Под визуальным артефактом цифрового индикатора понимается отклонение зрительного восприятия отображаемого элемента от его расчетного вида, обусловленное не содержательной ошибкой данных, а физическими, оптическими, временными, динамическими или интерфейсными условиями предъявления изображения [3]. Цель статьи - систематизировать ключевые факторы возникновения таких артефактов и отдельно рассмотреть вибрационное размытие как значимый динамический фактор восприятия.

Для систем авионики значение визуального артефакта определяется не только самим фактом ухудшения изображения, но и тем, что информация на индикаторе используется в условиях ограниченного времени на принятие решения. Оператор воспринимает не изолированный графический элемент, а совокупность числовых значений, шкал, цветовых зон и предупреждающих сигналов. Поэтому даже незначительное снижение четкости может приводить к увеличению времени распознавания, необходимости повторного взгляда на индикатор и росту вероятности неверной интерпретации отображаемого параметра [1; 2]. В этом смысле визуальный артефакт следует рассматривать как фактор, влияющий на надежность информационного взаимодействия человека и бортовой системы.

Таблица 1.

Классификация визуальных артефактов цифровых индикаторов

Представленная классификация построена по признаку первичной причины искажения. Пространственно-временные артефакты связаны с параметрами формирования и обновления изображения: разрешением матрицы, масштабированием элементов, дискретностью пиксельной структуры и частотой смены кадров. Фотометрические и цветовые артефакты определяются условиями яркости, контраста, внешней засветки и точности цветопередачи. Динамические артефакты имеют иную природу, поскольку возникают не только внутри самого индикатора, но и при относительном движении индикатора, изображения и наблюдателя. Именно эта группа наиболее сложна для оценки, так как ее проявления зависят от режима эксплуатации и могут усиливаться только при определенных частотах и амплитудах вибрации.

Из таблицы следует, что для авионики наиболее критичны искажения, влияющие на оперативное считывание числовых параметров, шкал и предупреждений: даже при корректном формировании данных они увеличивают время распознавания и вероятность ошибочной интерпретации.

При рассмотрении динамических артефактов необходимо учитывать особенности зрительного восприятия. Человек не фиксирует изображение как мгновенный кадр: зрительная система интегрирует световой сигнал в течение малого, но конечного промежутка времени. Если за этот интервал граница символа или линии смещается, наблюдатель воспринимает не одну четкую границу, а усредненную область перехода между фоном и элементом изображения. В результате визуально увеличивается толщина переходной зоны, а контур становится менее резким. Для авиационного индикатора это особенно существенно, поскольку значительная часть информации представлена компактными символами, тонкими шкальными делениями и малогабаритными числовыми обозначениями.

Вибрационное воздействие проявляется не как единичное искажение, а как повторяющееся относительное смещение изображения в поле зрения. При малых амплитудах оно может не приводить к полной потере читаемости, однако снижает запас различимости элементов. Первыми ухудшаются тонкие линии, засечки, малые интервалы между символами, точки, запятые и границы цветовых областей. При увеличении амплитуды или частоты колебаний оператору требуется больше времени для уверенного считывания информации, а вероятность смешения близких по форме символов возрастает [4]. Следовательно, динамический артефакт влияет не только на субъективное качество изображения, но и на скорость и устойчивость распознавания.

В условиях эксплуатации летательного аппарата особое значение имеют динамические артефакты. При вибрационном воздействии изображение на индикаторе может оставаться геометрически заданным, однако для наблюдателя контуры символов смещаются относительно сетчатки. В результате возрастает ширина переходной зоны, снижается локальный контраст и ухудшается различимость мелких элементов [4].

Для первичной оценки влияния вибрации можно использовать линейную постановочную модель, связывающую воспринимаемую ширину размытия с амплитудой относительного смещения изображения:

 L_B = L0 + k · Δr,                                              (1)

где L_B - воспринимаемая ширина размытия границы элемента; L0 - исходная ширина переходной зоны изображения; Δr - амплитуда относительного смещения элемента за время наблюдения; k - коэффициент, учитывающий контраст, размер элемента и условия предъявления.

Такая зависимость не претендует на полное описание работы индикатора, однако фиксирует ключевую причинную связь: рост относительного смещения приводит к увеличению воспринимаемой ширины размытия и снижению различимости элементов.

Коэффициент k в данной постановке следует рассматривать как обобщенный показатель чувствительности отображаемого элемента к условиям предъявления. Его значение может зависеть от контраста между элементом и фоном, толщины штриха, углового размера символа, яркости индикатора, длительности наблюдения и характера вибрационного воздействия. При одинаковой амплитуде смещения более тонкий или менее контрастный элемент будет восприниматься как более размытый, чем крупный и контрастный. Поэтому оценка вибрационного размытия не должна сводиться только к механическому параметру смещения: необходимо учитывать свойства самого визуального элемента и условия его предъявления.

Практическая ценность такой модели состоит в том, что она позволяет перейти от качественного описания артефакта к первичной количественной оценке. Даже простая линейная зависимость дает возможность сравнивать различные варианты интерфейсного представления по устойчивости к динамическому воздействию. Например, при одинаковом уровне вибрации можно сопоставить символы разной толщины, разные варианты контраста или различные размеры шкальных делений. Если расчетная или экспериментально оцененная ширина размытия становится сопоставимой с размером критически важного элемента, такой элемент следует считать недостаточно устойчивым к условиям эксплуатации.

Для прикладной оценки читаемости целесообразно рассматривать несколько связанных признаков: ширину переходной зоны на границе символа, снижение локального контраста, сохранность тонких линий, различимость малых промежутков между элементами и время уверенного распознавания. Эти признаки позволяют описывать визуальный артефакт не только как оптическое ухудшение изображения, но и как фактор восприятия. При этом один и тот же уровень размытия может иметь разную значимость для разных элементов интерфейса: искажение декоративной линии практически не влияет на работу оператора, тогда как размывание цифры, метки шкалы или аварийного символа напрямую снижает надежность считывания.

Особое значение имеет устойчивость отображения предупреждающей информации. В авиационных индикаторах такие элементы должны восприниматься быстро и однозначно, поэтому их форма, размер и контраст должны иметь больший запас по отношению к возможному динамическому искажению. Если элемент различим только в статических условиях, но теряет читаемость при вибрации, его нельзя считать полностью пригодным для эксплуатации в реальной кабине. Следовательно, анализ визуальных артефактов должен проводиться не только для общего качества изображения, но и для конкретных информационных объектов, от которых зависит правильность действий оператора.

Снижение влияния артефактов должно определяться природой конкретного искажения. Для статических искажений важны разрешение, яркость и контраст, тогда как для динамических - учет относительного движения изображения, стабилизация и временная коррекция предъявления.

Из этого следует, что требования к цифровым индикаторам систем авионики должны включать не только статические параметры изображения, но и оценку читаемости при динамическом воздействии. Для элементов, несущих критически важную информацию, необходимо предусматривать запас по толщине линий, размеру символов и уровню контраста. Предупреждающие сообщения и числовые параметры должны сохранять различимость при кратковременном ухудшении условий восприятия. Вибрационно обусловленное размытие в таком подходе может рассматриваться как самостоятельный критерий качества отображения, позволяющий выявлять уязвимые элементы интерфейса еще на этапе проектирования и последующей проверки индикаторных форм.

Заключение. Установлено, что визуальные артефакты цифровых индикаторов целесообразно разделять по природе возникновения на пространственно-временные, фотометрические и цветовые, а также динамические. Показано, что для авионики наиболее критичны артефакты, влияющие на оперативное считывание числовых параметров, шкал и предупреждающей информации. Отдельно выделено вибрационно обусловленное размытие, при котором ухудшение читаемости возникает не из-за ошибки формирования данных, а из-за относительного смещения изображения в процессе зрительного восприятия. Полученные положения могут использоваться при формировании требований к отображению критически важной информации на цифровых авиационных индикаторах в условиях вибрационного воздействия.

Список литературы:

1. Avionics Human Factors Considerations for Design and Evaluation: Advisory Circular AC 00-74 [Электронный ресурс]. Washington: Federal Aviation Administration, 2019. URL: https://www.faa.gov/documentLibrary/media/Advisory_Circular/AC_00-74.pdf (дата обращения: 04.06.2026).
2. Wickens C.D., Lee J.D., Liu Y., Gordon-Becker S. An Introduction to Human Factors Engineering. 2nd ed. Upper Saddle River: Pearson Prentice Hall, 2004. 608 p.
3. Гонсалес Р., Вудс Р. Цифровая обработка изображений. 4-е изд. М.: Техносфера, 2018. 1104 с.
4. Зотов Е.В. Метод исключения явления размытия информации на индикаторах приборной доски // Автоматизация процессов управления. 2016. № 2 (44). С. 100-104.