吳正新，金濤，顧浩然，明成業(yè)

亮度對比及顏色組合對車載界面認知的影響

吳正新，金濤，顧浩然，明成業(yè)

（中國石油大學（華東）機電工程學院，山東 青島 266580）

對車載信息系統(tǒng)界面中亮度對比及顏色組合的認知機理進行分析。采用知覺負載范式，實驗A采用6∶1、9∶1、12∶1和18∶1共4種亮度對比水平下的16種顏色組合作為實驗材料，對高、中、低載荷下的錯誤率進行分析。實驗B在實驗A基礎(chǔ)上進行腦電研究。實驗A：在高、中載荷下，18∶1的亮度對比顯著降低了目標搜索出錯率，黃色/黑色、黃色/藍色和白色/藍色是搜索錯誤率最低的3種顏色組合；在低載荷下無顯著影響。實驗B：腦區(qū)地形圖表明，在18∶1的亮度對比及顏色組合視覺刺激下，枕葉、前額葉及顳葉腦區(qū)激活程度更強；相對于低載荷，高、中載荷的腦區(qū)激活程度更弱。ERP的結(jié)果分析表明，在18∶1的亮度對比及顏色組合視覺刺激下，O2電極的P100波形的峰值及平均振幅顯著高于其他3種亮度對比及顏色組合。車載信息系統(tǒng)界面中的信息元素與界面背景應(yīng)優(yōu)先使用高亮度對比（18∶1），色彩搭配方面應(yīng)選取黑色或藍色作為背景色、黃色或白色作為圖標文字等信息元素的顏色。

車載信息系統(tǒng)界面；事件相關(guān)電位；亮度對比；顏色組合；認知績效

85%的重大交通事故是由人為失誤直接造成的[1]，駕駛員對車載數(shù)字界面操作時間過長是引發(fā)交通事故的重要因素之一。關(guān)鍵目標信息的搜索速度決定了人機界面的使用效率[2]，例如觀察戰(zhàn)機界面、監(jiān)視核電廠的工作狀態(tài)及軍事作戰(zhàn)系統(tǒng)等，亮度對比及顏色組合是影響以上操作認知表現(xiàn)的重要因素。在車載數(shù)字界面中，合理的亮度對比及顏色組合可以增強顯示效果，減少駕駛員分心時間；不當?shù)牧炼葘Ρ燃邦伾M合極易分散駕駛員的注意力，甚至威脅行車安全。由此可見，亮度對比及顏色組合是影響車載界面認知績效的重要因素。

亮度對比會嚴重影響數(shù)字界面信息元素的視覺效果。Raimundo等[3]發(fā)現(xiàn)清晰度受對比度的影響顯著，清晰度隨著對比度的增強而提高。當操作者執(zhí)行視覺搜索任務(wù)時，低對比度會使其視覺敏感度降低，操作者將難以感知人類的面部信息或道路標志[4-5]。Shieh等[6]在視覺認知研究中發(fā)現(xiàn)，高亮度對比可以顯著提升目標信息搜索速度。Ojanp??等[7]指出，隨著字符和背景之間亮度對比的降低，視覺搜索時間隨之增加。在數(shù)字界面中，關(guān)鍵信息的視覺效果隨對比度的增加而增強[8]。Huang[9]發(fā)現(xiàn)可以通過更高的亮度對比來增強圖標的清晰度。顏色組合也會嚴重影響數(shù)字界面信息元素的認知績效。有專家研究發(fā)現(xiàn)[10]，在藍色背景上帶有白色文本的文檔會產(chǎn)生最佳的閱讀效果，紅色背景上的藍綠色文字會顯著降低閱讀速度。Michalski[11]指出，顏色組合對任務(wù)結(jié)果準確率具有顯著影響。相應(yīng)地，如果字符和背景兩者間的亮度對比較小，則較高的顏色對比度不能保證快速的視覺感知[7]。Bhattacharyya等[12]研究發(fā)現(xiàn)，在正圖像極性下（在較高亮度的彩色背景上顯示較低亮度的彩色圖像），白色背景上使用藍色和紅色字符時識別性最強；在負圖像極性下（在較低亮度的彩色背景上顯示較高亮度的彩色圖像），白色是藍色和綠色背景上最易識別的顏色。Humar等[13]研究發(fā)現(xiàn)，LCD顯示器中負極性的顏色組合認知績效最高。Buchner等[14]研究發(fā)現(xiàn)文本-背景極性會影響認知績效，但與環(huán)境照明和顏色組合無關(guān)。在車載信息系統(tǒng)界面中一些學者也做了相關(guān)研究，如Peng等[15]發(fā)現(xiàn)了與IVIS界面相關(guān)的文本特征（例如字符數(shù)、字體、顏色）會影響駕駛績效。Pritchard等[16]在模擬駕駛中的研究表明，亮度與駕駛績效存在相關(guān)性。Lavie等[17]基于車載顯示器的研究，證明了顏色對界面搜索效率有重要影響。

綜上所述，大多數(shù)學者對組合圖標的亮度或顏色等單個特征的影響機理進行了研究，或是對車載信息系統(tǒng)界面的其他影響機理進行了研究，而在車載信息系統(tǒng)界面中對亮度對比及顏色組合的研究較少。在實驗方面，已有研究大多分離了亮度和顏色特征，因此難以研究顏色組合及亮度對比的組合效應(yīng)及機理。為更加符合現(xiàn)實應(yīng)用場景，并全面探究亮度對比及顏色組合對車載數(shù)字界面功能區(qū)組合圖標認知績效的影響機理，文中參照國際照明委員會的16種顏色組合及4種亮度對比作為實驗材料，來探究車載數(shù)字界面中亮度對比及顏色組合對認知績效的影響。

已有研究表明[18-19]，對比度、亮度等視覺刺激間的差異可以誘發(fā)P100成分，P100成分通常在枕區(qū)（O1、O2）幅度最大，峰值潛伏期在100 ms左右，并受刺激對比度的顯著影響。因此，文中基于現(xiàn)有研究成果及相關(guān)理論分析作出以下假設(shè)：當出現(xiàn)高亮度對比及顏色組合時將誘發(fā)P100波形；高亮度對比及顏色組合的認知績效較高；亮度對比及顏色組合的目標搜索正確率與P100波形振幅存在相關(guān)性。

1 實驗設(shè)計

筆者根據(jù)視覺搜索實驗，研究了不同載荷下亮度對比及顏色組合對認知績效的影響，共設(shè)計了2種實驗：亮度對比及顏色組合實驗（實驗A），將不同載荷下4種亮度對比及16種顏色組合的錯誤率進行對比分析，探索不同載荷下亮度對比及顏色組合對認知績效的影響；腦電實驗（實驗B），深入探索亮度對比及顏色組合的腦神經(jīng)機制，并解釋行為實驗的推斷。

2 亮度對比及顏色組合實驗

2.1 被試者

20名在校生（10名男生和10名女生）參加了該實驗。所有被試者年齡在20～24歲（=22，=1.38），均具有一年以上的駕齡，視力正常。被試者在此之前未參加過相似實驗，且不知曉實驗用意，實驗結(jié)束將得到相應(yīng)獎勵。

2.2 實驗器材

實驗中被試者駕駛了易駕里模擬駕駛器，還包括一個21寸顯示屏、一個12.9寸的車載顯示屏、一個力反饋轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、可調(diào)節(jié)的方向盤、五速變速箱、油門踏板及制動器和離合器的踏板組。為減少手動換擋對實驗的影響，實驗中模擬器均調(diào)節(jié)成自動擋駕駛模式。

實驗材料[20]根據(jù)數(shù)量均勻分布在實驗畫面中（見圖1），實驗刺激所用的圖標顏色是基于國際照明委員會坐標三角形的頂點和基點含有的6種彩色：紅色（R）、綠色（G）、藍色（B）、黃色（R和G）、藍綠色（G和B）和紫色（R和B），在此基礎(chǔ)上添加了黑色及白色，使用Minolta CS200色彩分析儀來測量CIE顏色值和亮度，對應(yīng)的CIE色度坐標見表1。利用7點主觀量表對圖標材料的情緒喚醒進行打分，篩選出語義明確且沒有負面或愉悅感的中性圖標，所有圖標都是含義明確的常見抽象填充形圖標，視覺刺激呈現(xiàn)在12.9寸的模擬車載屏幕中央，不同數(shù)量的呈現(xiàn)方式見圖2，其分辨率為2732*2048，室內(nèi)照明條件正常（300 lux）。

圖1 圖標素材

表1 實驗所用8種顏色及其對應(yīng)CIE色度坐標

Tab.1 List of 8 colours used in the experiment and their corresponding CIE chromaticity coordinates

圖2 素材布局

2.3 實驗流程

被試者在駕駛時需要執(zhí)行視覺搜索任務(wù)，其中駕駛?cè)蝿?wù)包括速度控制和車道保持控制。被試者通過前監(jiān)視器上提供的車速信息來執(zhí)行速度控制任務(wù)，通常車速保持在50～60 km/h。為避免過高的駕駛難度，要求被試者在三車道高速公路的中間車道行駛并保持不變。實驗中大部分為直線路段，僅有2個彎道路段；由于需要模擬真實道路場景，所以在道路兩側(cè)設(shè)有服務(wù)區(qū)，經(jīng)過服務(wù)區(qū)的路段會變?yōu)樗能嚨赖缆?。實驗中利用“Unity3D”2020軟件構(gòu)建了模擬駕駛場景。此次實驗使用了10%的車流量強度，在平坦的道路上模擬了車流量較少的交通情況，除了被試者的車輛外，幾乎沒有其他車輛，其他車輛也不會干擾駕駛員駕駛的中間車道，為減少實驗干擾，在實驗過程中未將此事實告知被試者，只是叮囑他們小心駕駛。

為選取最佳視覺刺激的呈現(xiàn)方式（如圖2），預(yù)實驗采用4（呈現(xiàn)方式）×3（認知載荷）×16（顏色組合）×4（亮度對比）被試內(nèi)設(shè)計。結(jié)果表明，當素材布局數(shù)量為4～6個時，錯誤率具有顯著性差異（<0.05），且素材布局為4時的錯誤率較低，因此將實驗材料數(shù)量確定為4個。

實驗利用3（載荷：高、中、低）×4（亮度對比）× 16（顏色組合）被試內(nèi)設(shè)計。8種顏色均在負極性圖像顯示（較高亮度的彩色圖像顯示在較低亮度的彩色背景上），實驗共16種目標/背景色組合，通過對比度（LHigh/LLow）計算出16種顏色組合的亮度對比，并分為4個等級：6∶1、9∶1、12∶1和18∶1，見表2。根據(jù)視覺顯示終端（VDT）上16種顏色組合的色彩飽和度設(shè)置了亮度對比度值，因此亮度對比度取決于顏色組合結(jié)果。視覺刺激呈現(xiàn)在表2所對應(yīng)的背景上，首先灰色的注視點“+”在屏幕中央出現(xiàn)1 500 ms，呈現(xiàn)時間在200 ms（高載荷）、600 ms（中載荷）、1 000 ms（低載荷）中隨機出現(xiàn)，隨后出現(xiàn)全屏黑色界面并保持1 000 ms，以消除目標圖標視覺殘差，要求被試者盡可能地記憶圖標集，若目標圖標出現(xiàn)，則按方向盤左側(cè)任意鍵，若不出現(xiàn)，則按方向盤右側(cè)任意鍵。若被試者在按鍵反應(yīng)后或3 000 ms內(nèi)未作出反應(yīng)，則進入下個試次的注視點畫面。正式的實驗包括384個試次，為避免被試對結(jié)果進行預(yù)期，亮度對比及顏色組合將混合均等出現(xiàn)。整個實驗進程將持續(xù)30 min左右，實驗流程見圖3。

表2 16種顏色組合及其亮度對比

Tab.2 Luminance contrast settings for the sixteen colour combinations

圖3 實驗流程

2.4 實驗結(jié)果

將顏色組合錯誤率利用重復(fù)測量方差進行分析，結(jié)果如下。在高載荷下，顏色組合主效應(yīng)顯著，=10.25，<0.01。亮度對比主效應(yīng)顯著，=50.48，<0.01。亮度對比與顏色組合之間交互作用不顯著，>0.05。對顏色組合主效應(yīng)進行事后多重比較表明：黃/藍、黃/黑、白/藍3種顏色組合的平均錯誤率顯著低于其他顏色組合；黃/紫、藍綠/藍2種顏色組合的錯誤率顯著高于其他顏色組合，見圖4。對亮度對比主效應(yīng)進行多重比較的結(jié)果表明：18∶1亮度對比的平均錯誤率顯著低于其他亮度對比，見圖5。

圖4 顏色組合平均錯誤率

在中載荷下，顏色組合主效應(yīng)顯著，=8.43，<0.05。亮度對比主效應(yīng)顯著，=41.52，<0.05。亮度對比與顏色組合之間交互作用不顯著，>0.05。對顏色組合主效應(yīng)進行事后多重比較表明：黃/藍、黃/黑、白/藍3種顏色組合的平均錯誤率顯著低于其他顏色組合；黃/紫、藍綠/藍2種顏色組合錯誤率顯著高于其他顏色組合，見圖4。將亮度對比主效應(yīng)進行事后多重比較的結(jié)果表明：18∶1亮度對比的平均錯誤率顯著低于其他亮度對比，見圖5。

圖5 亮度對比平均錯誤率

在低載荷下，顏色組合主效應(yīng)不顯著，=5.36，>0.05。亮度對比主效應(yīng)不顯著，=34.67，>0.05。亮度對比與顏色組合之間交互作用不顯著，>0.05。對顏色組合主效應(yīng)進行事后多重比較表明：16種顏色組合間平均錯誤率無顯著差異，見圖4。將亮度對比主效應(yīng)進行事后多重比較的結(jié)果表明：4種亮度對比間平均錯誤率均無顯著差異，見圖5。

2.5 結(jié)果分析

由實驗結(jié)果可知，在高載荷與中載荷下，黃/藍、黃/黑、白/藍3種顏色組合的圖標搜索錯誤率最低，而黃/紫、藍綠/藍2種顏色組合的搜索錯誤率較高，這與Luria等[21-22]關(guān)于文字搜索與背景顏色研究的結(jié)論相似；亮度對比中18:1的搜索錯誤率最低，6∶1、9∶1和12∶13種亮度對比搜索錯誤率無顯著差異。然而，在低載荷下，亮度對比及顏色組合錯誤率均較低，搜索錯誤率無顯著差異。為深入研究亮度對比及顏色組合對認知績效的影響，實驗B在實驗A的基礎(chǔ)上加入了腦電研究，從而進一步解釋亮度對比及顏色組合對認知績效的影響機理。

3 腦電實驗

3.1 參與者

20名在校生（10名男生和10名女生），所有被試者年齡在20～24歲（=22.6，=1.14），所有被試者均未參加以上實驗，其余被試者要求與實驗A保持一致。

3.2 實驗材料、過程

實驗是在隔音、防磁和亮度可調(diào)的ERP/行為實驗室中完成的。實驗B的材料及流程均與實驗A一致。

3.3 ERP結(jié)果

采用MATLAB分析連續(xù)EEG，并對腦電數(shù)據(jù)進行預(yù)處理。在數(shù)據(jù)的分析過程中，將眼電或其他突出的偽影數(shù)據(jù)進行消除，共消除10%的偽影數(shù)據(jù)。亮度對比及顏色組合在不同載荷下的腦地形圖見圖6。在高載荷下，6∶1、9∶1和12∶1亮度對比及顏色組合顯著激活了枕葉腦區(qū)；18∶1亮度對比及顏色組合顯著激活了枕葉和前額葉。在中載荷下，6∶1、9∶1和12∶1的亮度對比及顏色組合激活了枕葉和前額葉腦區(qū)；18∶1亮度對比及顏色組合顯著激活了枕葉、右顳葉和前額葉。在低載荷下，4種亮度對比及顏色組合均顯著激活了枕葉、顳葉和額葉區(qū)域。

根據(jù)相關(guān)學者的研究，視覺成分主要分布在頂葉和枕葉[23-24]。因此，選取頂區(qū)（P3、Pz、P4）、枕區(qū)（O1、O2）作為分析電極，選擇ERP振幅在50～ 150 ms[25]的片段作為時間窗，采用3（1 000 ms，600 ms，200 ms）×5（電極）重復(fù)測量并分析P100組分。結(jié)果表明，時間載荷和電極之間交互作用不顯著，=1.96，>0.05；電極主效應(yīng)顯著，=41.61，<0.01；時間載荷的主效應(yīng)顯著，=12.36，<0.05；事后分析顯示，O2電極部位引起的平均振幅顯著高于其他部位。圖7顯示了O2電極在3種載荷下的平均P100波形，高、中載荷下18:1亮度對比及顏色組合P100波形的峰值及平均振幅顯著高于其他3種亮度對比及顏色組合，不同亮度對比后期趨勢較為相似。在低載荷下，不同亮度對比下P100波形的峰值無顯著差異。此外，在低載荷下P100波形峰值及平均振幅顯著大于中、高載荷。

圖6 亮度對比及顏色組合在不同載荷下的腦地形圖

圖7 O2電極亮度對比及顏色組合ERP波形

3.4 ERP結(jié)果分析

高載荷下視覺刺激的呈現(xiàn)時間較短，因此6∶1、9∶1和12∶1亮度對比及顏色組合中視覺刺激信息量較多與較短的認知時間發(fā)生沖突，導(dǎo)致枕葉腦區(qū)大面積被激活，而18∶1亮度對比及顏色組合使認知績效得到顯著提高，此時的枕葉和額葉均被激活。在中載荷下，識別時間偶有空余，6∶1、9∶1和12∶1亮度對比及顏色組合中前額葉均被顯著激活；18∶1亮度對比及顏色組合促進了認知績效的提高，此時的枕葉、額葉和顳葉均被激活。在低載荷下，亮度對比及顏色組合的呈現(xiàn)時間較充裕，被試者有時間進行思考、判斷和記憶等，腦區(qū)激活度相似。根據(jù)有關(guān)學者的[26]研究，視覺中樞位于距狀裂兩側(cè)的枕葉皮質(zhì)內(nèi)，枕葉區(qū)被優(yōu)先激活，隨后激活額葉與顳葉，額葉皮質(zhì)區(qū)與大腦中的高級思維活動存在一定的關(guān)聯(lián)性[27]，其主要有判斷、分析、記憶和思考等功能，顳葉皮質(zhì)區(qū)主要有理解、記憶、聯(lián)想等功能。由此可見，枕葉、前額葉和顳葉共同參與視覺信息的存儲記憶[28]，其中枕葉區(qū)在亮度對比和顏色組合的視覺加工中起重要作用。

由圖6和圖7可知，在高載荷下，不同亮度對比及顏色組合的O2電極ERP波形變化趨勢相似，18∶1亮度對比及顏色組合對枕葉激活程度最高，其P100波形峰值及平均振幅顯著高于其他水平的亮度對比；在中載荷下，18∶1亮度對比及顏色組合對枕葉及前額葉激活程度最高，其P100波形峰值及平均振幅顯著高于其他水平的亮度對比；在低載荷下，實驗視覺刺激對枕葉、顳葉及前額葉激活程度趨于一致。由此可推斷出，目標搜索錯誤率與P100波形峰值及平均振幅存在相關(guān)性，激活程度越高，目標搜索錯誤率越低。

4 討論

文中利用心理學實驗中的記憶回溯范式，來研究車載界面中亮度對比及顏色組合對認知績效的影響。此次研究較先前實驗設(shè)計了更加嚴格、精確的實驗方法，主要包括以下方面：參照國際照明委員會的16種顏色組合及4種亮度對比作為實驗材料，來探究車載界面中亮度對比及顏色組合的最佳配置；模擬駕駛過程中的視覺刺激，通過高、中、低3種時間載荷隨機出現(xiàn)，以降低被試對知覺負載情況的預(yù)期；利用腦電生理實驗技術(shù)對行為實驗結(jié)果進行驗證，以降低實驗結(jié)果的偶然性。以上措施使呈現(xiàn)的實驗素材更加全面且不可預(yù)測，更加符合真實生活中的情況，實驗結(jié)果也更為穩(wěn)定，真實反映了3種時間載荷下駕駛者對亮度對比及顏色組合的加工過程及認知機制。

在實驗A圖標搜索識別方面，被試者處于高、中載荷時，18∶1亮度對比的錯誤率顯著低于6∶1、9∶1、12∶1亮度對比的錯誤率，黃/藍，黃/黑，白/藍3種顏色組合顯著降低了圖標搜索錯誤率，而黃/紫、藍綠/藍2種顏色組合下的圖標搜索錯誤率顯著升高。說明在負圖像極性下，較高的亮度對比及顏色組合可以顯著提高認知績效。被試者處于低載荷時，亮度對比及顏色組合的錯誤率均無顯著差異。然而，根據(jù)行為實驗無法對實驗A的結(jié)果做出有效解釋，因此在實驗B中利用腦電實驗，成功在枕區(qū)O2電極處誘發(fā)了P100成分，驗證了此次研究中的3個假設(shè)，解釋了行為實驗的結(jié)果。在高、中載荷下，16種顏色組合構(gòu)成的視覺刺激中亮度對比越高，枕葉腦區(qū)的激活程度越高，目標搜索錯誤率越低，因此18∶1水平下亮度對比及顏色組合高于其他3種水平，此時的P100波形峰值及平均振幅最高。在低載荷下，腦區(qū)激活程度趨于一致，P100波形峰值及平均振幅也無顯著差異，因此目標搜索錯誤率無顯著差異。

5 結(jié)語

根據(jù)此次的研究結(jié)果可以提出相應(yīng)的設(shè)計準則：IVIS界面信息元素與界面背景應(yīng)使用高亮度對比（18∶1），在緊急情況下，使用高亮度對比能顯著降低駕駛者搜索錯誤率，從而有效降低其駕駛中的事故率；IVIS界面設(shè)計中應(yīng)選取黑色或藍色作為背景色，優(yōu)先使用黃色或白色作為圖標文字等信息元素的顏色；車載數(shù)字界面中應(yīng)避免使用黃/紫、藍綠/藍的顏色組合，不恰當?shù)念伾M合可能會影響駕駛員的判斷與決策。由于顏色組合錯綜復(fù)雜，在今后的研究中，需要進一步深入分析亮度對比和顏色組合對駕駛員認知績效的影響機理，以及其與腦認知神經(jīng)機制間的映射關(guān)系，并建立認知績效與駕駛狀態(tài)的疲勞曲線及定量分析模型。

[1] HAN W L, ZHAO J Y. Driver Behaviour and Traffic Accident Involvement among Professional Urban Bus Drivers in China[J]. Transportation Research Part F: Traffic Psychology and Behaviour, 2020(74): 184-197.

[2] 支錦亦, 杜洋, 馮紓. 車載信息系統(tǒng)界面圖文設(shè)計及其視認知特性研究綜述[J].包裝工程, 2020, 41(10): 62-70.

ZHI Jing-yi, DU Yang, FENG Shu. Review on the Graphic Design and Perceptual Characteristics of Auto-bile System Interface[J]. Packaging Engineering, 2020, 41(10): 62-70.

[3] RAIMUNDO J, BEATRIZ R, RUBéN M, et al. SHORT- term Effects of Text-background Color Combinations on the Dynamics of the Accommodative Response[J]. Vision Research, 2020(166): 33-42.

[4] BOUCART M, DINON J F, DESPRETZ P, et al. Recognition of Facial Emotion in Low Vision: A Flexible Usage of Facial Features[J]. Vis Neuro, 2008, 25(4): 603-609.

[5] CHIN C L. Effects of Contrast Ratio and Text Color on Visual Performance with TFT-LCD[J]. International Journal of Industrial Ergonomics, 2003.

[6] SHIEH K, LIN C. Effects of Screen Type, Ambient Illumination, and Color Combination on VDT Visual Per-for-mance and Subjective Preference[J]. International Journal of Industrial Ergonomics, 2000, 26(5): 527-536.

[7] OJANP?? H, N?S?NEN R. Effects of Luminance and Colour Contrast on the Search of Information on Display Devices[J]. Displays, 2003(24): 167-178.

[8] LIN C. Effects of Screen Luminance Combination and Text Color on Visual Performance with TFT-LCD[J]. International Journal of Industrial Ergonomics, 2005, 35(3): 229-235.

[9] HUANG S. Legibility of Small Icons with Color Combinations in Small Displays[J]. Perceptual and Motor Skills, 2007, 104(1): 191-200.

[10] RAMADAN M Z. Evaluating College Students Performance of Arabic Typeface Style, Font Size, Page Layout and Foreground Background Color Combinations of E-book Materials[J]. Journal of King Saud University-Engineering Sciences, 2011, 23(2): 89-100.

[11] MICHALSKI R. The Influence of Color Grouping on Users Visual Search Behavior and Preferences[J]. Displays, 2014, 35(4): 176-195.

[12] BHATTACHARYYA D, CHOWDHURY B T. Selection of Character Background Colour Combinations for Onscreen Searching Tasks: An Eye Movement, Subjective and Performance Approach[J]. International Journal of Industrial Ergonomics, 2014, 35(3): 101-109.

[13] HUMAR I, GRADIS?AR M, TURK T, et al. The Impact of Color Combinations on the Legibility of Text Presented on LCDs[J]. Applied Ergonomics, 2014, 45(6): 1510-1517.

[14] BUCHNER A, BAUMGARTNER N. Text–background Polarity Affects Performance irrespective of Ambient Illumination and Colour Contrast[J]. Ergonomics, 2007, 35(7): 1036-1063.

[15] PENG Y Y, BOYLE L N, LEE J D. Reading, Typing, and Driving: How Interactions with In-vehicle Systems Degrade Driving Performance[J]. Transportation Research Part F: Traffic Psychology and Behaviour, 2014(27): 182-191.

[16] PRITCHARD S J, HAMMETT S T. The Effect of Luminance on Simulated Driving Speed[J]. Vision Research, 2012, 52(1): 54-60.

[17] LAVIE T, ORON G T, MEYER J. Aesthetics and Usability of In-vehicle Navigation Displays[J]. International Journal of Human-Computer Studies, 2011, 69(12): 80-99.

[18] CARMEL D, BENTIN S. Domain Specificity Versus Expertise: Factors Influencing Distinct Processing of Faces[J]. Cognition, 2002, 83(1): 1-29.

[19] 趙侖. ERPs實驗教程[M]. 南京: 東南大學出版社, 2010.

ZHAO Lun. ERPs Experimental Course[M]. Nanjing: Southeast University Press, 2010.

[20] KO Y H. The Effects of Luminance Contrast, Colour Combinations, Font, and Search Time on Brand Icon Legibility[J]. Applied Ergonomics, 2017(65): 33-40.

[21] LURIA S, NERI C. Schlichting Performance and Preference with Various VDT Phosphors[J]. Applied Ergonomics, 1989(20): 33-38.

[22] 余姝姝. 基于老年人認知的應(yīng)用程序界面圖標設(shè)計研究[D]. 杭州: 浙江理工大學, 2017.

YU Shu-shu. Research on Application Interface Icon Design Based on Cognition of the Elderly[D]. Hangzhou: Zhejiang University of Technology, 2017.

[23] VOGEL E K, MCCOLLOUGH A W, MACHIZAWA M G. Neural Measures Reveal Individual Differences in Controlling Access to Working Memory[J]. Nature(438): 500-503.

[24] 魏景漢, 羅躍嘉. 事件相關(guān)電位原理與技術(shù)[M]. 北京: 科學出版社, 2009.

WEI Jing-han, LUO Yue-jia. Principle and Technique of Event-Related Brain, Potentials[M]. Beijing: Science Press, 2009.

[25] FUKUZUMIS, YAMAZAKIT, KAMIJOK, et al. Physiological and psychological evaluation for visual display colour readability: a visual evoked potential study and a subjective evaluation study[J]. Ergonomics, 2010, 41(5): 89-108.

[26] ZHANG B, HE S, WENG X C. Localization and Functional Characterization of an Occipital Visual Word Form Sensitive Area[J]. Scientific Reports, 2018(8): 6723.

[27] BADRE D, NEE D E. Frontal Cortex and the Hierarchical Control of Behavior[J]. Trends in Cognitive Sciences, 2018, 22(2): 170-188.

[28] 金濤, 郎小翠, 牛亞峰, 等. 顏色和圖標編碼的組合效應(yīng)對認知績效的影響[J]. 東南大學學報, 2020, 50(4): 721-727.

JIN Tao, LANG Xiao-cui, NIU Ya-feng, et al. Effect of the Color and Graphic Coding Combination on Cognitive Performance[J]. Journal of Southeast University, 2020, 50(4): 721-727.

Effects of Luminance Contrast and Color Combinations on IVIS Interface Cognition

WU Zheng-xin, JIN Tao, GU Hao-ran, MING Cheng-ye

(College of Mechanical and Electrical Engineering, China University of Petroleum (East China), Shandong Qingdao 266580, China)

The paper aims to analyze the cognitive mechanism of luminance contrast and color combination in the in-vehicle information system interface.Based on the perceptual load paradigm, in experiment A, with the experimental materials of 16 color combinations of four luminance contrast levels (6∶1, 9∶1, 12∶1, and 18∶1), the error rates under high, medium, and low loads were analyzed. In experiment B, an EEG research on the basis of experiment A was conducted. Experiment A: Under high and medium loads, the luminance contrast of 18:1 reduced the target search error rate significantly, while yellow on black, yellow on blue, and white on blue were the three color combinations with the lowest search error rate. However, there is no significant effect under low load. Experiment B: The topographic map of the brain area showed that under the 18∶1 luminance contrast and color combination visual stimulation, the brain areas of the occipital lobe, prefrontal lobe and temporal lobe were more activated. Compared with low load, the brain regions of high and medium load were less activated. ERP analysis found that under the 18∶1 luminance contrast and color combination visual stimulation, the peak value and average amplitude of the P100 curve of the O2 electrode were significantly higher than the other three luminance contrast and color combinations. High luminance contrast (18∶1) should be preferred for information elements and interface background in the interface of in-vehicle information system. In terms of color matching, black or blue should be selected as the background color, and yellow or white as the color of information elements such as icon and text.

IVIS interface; ERP; Luminance contrast; color combinations; cognitive performance

TB472

A

1001-3563(2022)10-0108-07

10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.10.012

2021-12-14

國家自然科學基金項目（52075547）

吳正新（1997—），男，碩士生，主攻工業(yè)設(shè)計。

金濤（1980—），男，博士，副教授，主要研究方向為工業(yè)設(shè)計。

責任編輯：馬夢遙