교통사고의 주된 원인은 자동차 주행 중 운전자의 시각적 주의 분산이다. 본 연구에서는 운전자의 시선을 도로에서 벗어나지 않게 하면서 주행정보를 제공하는 HUD(Head Up Display)시스템을 이용해서 자동차 앞 유리(windshield)에 투영된 주행정보의 색채감성을 평가하였다. 주행정보는 전방시선 $0^{\circ}$에서 약 하방 $9^{\circ}$에 위치하도록 설치하였고, 실험실의 형광등, 5개의 LED 조명등과 TV출력 영상을 통해 25[lux]의 야간 운전 시 조도 환경, 100,000[lux]의 주간 운전 시 조도 환경을 재현하였다. 먼셀 표색계의 기본 5색(R, Y, G, B, P)과 신호등의 색 YR, W 총 7색의 단일 색과 W를 제외한 6개 글자에 각각 흰색 글자 외곽선, 회색 글자 외곽선을 주어 외곽선 있는 글자 12개를 만들었다. 총 19개의 실험 자극물을 주간과 야간 환경에서 각각 주행정보의 컬러 시인성, 피로도, 선호도, 방해 정도를 평가하였다. 실험결과는 시인성이 유의미하게 나왔는데, 첫째, 주간에서는 Y와 G 색상같이 색상 자체의 휘도가 높은 경우 시인성이 높았다. 둘째, 텍스트의 외곽선이 있는 경우, 외곽선이 배경색으로 작용하여 색상과의 휘도대비를 일으켜 시인성에 영향을 준다. 셋째, 외곽선이 없는 경우에는 차량 전면 유리의 휘도가 배경색 휘도로 작용하여 글자의 휘도와 큰 대비를 이룰 때 시인성이 높은 것으로 나타났다. 이처럼 운전자의 주시야를 고려해 전방에 제공되는 가상의 영상, HUD의 상용화를 위해서는 주행정보의 색채시인성이 중요한데 이를 높이기 위한 방안으로 배경과 글자의 휘도대비를 고려해볼 수 있다.
교통사고의 주된 원인은 자동차 주행 중 운전자의 시각적 주의 분산이다. 본 연구에서는 운전자의 시선을 도로에서 벗어나지 않게 하면서 주행정보를 제공하는 HUD(Head Up Display)시스템을 이용해서 자동차 앞 유리(windshield)에 투영된 주행정보의 색채감성을 평가하였다. 주행정보는 전방시선 $0^{\circ}$에서 약 하방 $9^{\circ}$에 위치하도록 설치하였고, 실험실의 형광등, 5개의 LED 조명등과 TV출력 영상을 통해 25[lux]의 야간 운전 시 조도 환경, 100,000[lux]의 주간 운전 시 조도 환경을 재현하였다. 먼셀 표색계의 기본 5색(R, Y, G, B, P)과 신호등의 색 YR, W 총 7색의 단일 색과 W를 제외한 6개 글자에 각각 흰색 글자 외곽선, 회색 글자 외곽선을 주어 외곽선 있는 글자 12개를 만들었다. 총 19개의 실험 자극물을 주간과 야간 환경에서 각각 주행정보의 컬러 시인성, 피로도, 선호도, 방해 정도를 평가하였다. 실험결과는 시인성이 유의미하게 나왔는데, 첫째, 주간에서는 Y와 G 색상같이 색상 자체의 휘도가 높은 경우 시인성이 높았다. 둘째, 텍스트의 외곽선이 있는 경우, 외곽선이 배경색으로 작용하여 색상과의 휘도대비를 일으켜 시인성에 영향을 준다. 셋째, 외곽선이 없는 경우에는 차량 전면 유리의 휘도가 배경색 휘도로 작용하여 글자의 휘도와 큰 대비를 이룰 때 시인성이 높은 것으로 나타났다. 이처럼 운전자의 주시야를 고려해 전방에 제공되는 가상의 영상, HUD의 상용화를 위해서는 주행정보의 색채시인성이 중요한데 이를 높이기 위한 방안으로 배경과 글자의 휘도대비를 고려해볼 수 있다.
The main causes of traffic accidents while driving a car is of the driver's visual distraction. In this study, the color sensitivity of the information projected on the windshield were evaluated for HUD (Head Up Display) system which helps the driver's eyes on the road while driving. The driving Inf...
The main causes of traffic accidents while driving a car is of the driver's visual distraction. In this study, the color sensitivity of the information projected on the windshield were evaluated for HUD (Head Up Display) system which helps the driver's eyes on the road while driving. The driving Information were projected $9^{\circ}$ downward from front sight $0^{\circ}$ under lab's fluorescent lights, LED floorlights and the TV had having 25 [lux] illumination when driving at night environment and 100,000 [lux] of daylight environment. Munsell color hue of the basic five colors (R, Y, G, B, P) and the color of traffic lights YR, W were the color of the seven characters, each character were outlined by White, Gray except for W. Total of 19 experimental stimuli was shown in the environment of day and night driving for asking visibility information of color, fatigue, preferences, and evaluate the degree of interference. The results came out that the bright Y and G color is visibility significantly for daylight. Second, with the outline of the text, the color of the outline works as a background for luminance contrast effects and affects visibility. Third, without the outline, the glass in front of the vehicle acts as the background and the luminance contrast of characters achieve greater brightness and visibility. The luminance contrast between the stimuli and background should be considered for increasing color visibility for driving information which is an important factor for HUD commercialization.
The main causes of traffic accidents while driving a car is of the driver's visual distraction. In this study, the color sensitivity of the information projected on the windshield were evaluated for HUD (Head Up Display) system which helps the driver's eyes on the road while driving. The driving Information were projected $9^{\circ}$ downward from front sight $0^{\circ}$ under lab's fluorescent lights, LED floorlights and the TV had having 25 [lux] illumination when driving at night environment and 100,000 [lux] of daylight environment. Munsell color hue of the basic five colors (R, Y, G, B, P) and the color of traffic lights YR, W were the color of the seven characters, each character were outlined by White, Gray except for W. Total of 19 experimental stimuli was shown in the environment of day and night driving for asking visibility information of color, fatigue, preferences, and evaluate the degree of interference. The results came out that the bright Y and G color is visibility significantly for daylight. Second, with the outline of the text, the color of the outline works as a background for luminance contrast effects and affects visibility. Third, without the outline, the glass in front of the vehicle acts as the background and the luminance contrast of characters achieve greater brightness and visibility. The luminance contrast between the stimuli and background should be considered for increasing color visibility for driving information which is an important factor for HUD commercialization.
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문제 정의
본 연구는 운전 중 운전자의 시야를 전방에 고정시킬 수 있는 장치인 HUD(Head Up Display)시스템을 이용해서 자동차 앞 유리(windshield)에 투영된 주행정보의 색채감성을 평가하는 실험을 수행했다. 실험에서는 색채의 시인성, 피로도, 선호도와 방해성을 설문조사를 통해 알아보았다.
본 연구에서는 HUD를 이용하여 자동차의 앞 유리에 투영한 주행정보의 색채 시인성, 피로도, 선호도, 방해 정도를 평가하는 실험을 수행하였다. 참여한 피실험자는 HUD를 전혀 사용해보지 않은 20~30대 색채디자인 대학원생으로 총25명이 실험에 참여하였다.
본 연구에서는 가상의 운전환경에서 운전자들이 인지하는 HUD의 주행정보에 대한 시인성을 평가하고자 정보의 색채(R, YR, Y, G, B, P)를 시인성 평가요인으로 선정하였다.
따라서 크게 나누어 보면 주간과 야간으로 나누어서 실험을 할 필요성이 있다. 주간, 야간 환경에서 어떤 색채가 잘 보이는지 실험을 통해서 알아볼 것이다.
실험에서 사용된 자동차 앞 유리에 투영된 자극은 자동차를 주행하는 데에 있어서 가장 핵심이 되고 운전자가 가장 많이 보는 정보인 속도를 중심으로 했다. 환경의 변화에 따라서 HUD를 통해 투영된 주행정보의 시인성에 색채가 영향을 미치는지 실험을 통해 알아보았다.
제안 방법
HUD시중에 판매되고 있는 상용 HUD의 조도의 최대 세기를 기준으로 HUD의 출력 조도 세기를 맞추었다.
각 질문에 대해 5점 척도 (Bad- Poor – Fair-Good- Excellent)로 대답을 하게하였다.
Cohen(1980)는 운전행동 중 운전에 관련되는 정보획득의 90%이상이 시지각 활동에 의해 이루어진다고 논했다. 따라서 시지각 활동으로 획득할 수 있는 자극을 사용했고 그 중에서도 색채 이외의 시각정보를 통한 자극은 제외하고 색채를 중심으로 연구했다.
표 1은 한국 표준협회 조도기준으로 현재 국내에서 적용되고 있는 조도 기준이다. 본 연구에서는 주 도로 (The main road)를 주행지역으로 선정하여 10~30[lux]를 야간 주행 환경의 조도기준으로 보았다. (Lee, 2009)
본 연구의 실험에서는 HUD를 통해 앞 유리에 투영된 주행정보가 전방시선 0˚에서 약 하방 9˚에 위치하도록 설치한다. 그 위치는 하방 10˚내(정상시선/선 자세)에 들어오며 그림 3과 같다.
본 연구의 실험을 진행하기 위해 주행정보의 휘도 값에 영향을 많이 주는 주변 조도를 먼저 고려하였다. Choi(2002)은 LED 도로전광표지 시스템의 시인성을 분석하기 위하여, 가장 중요한 기초 변수인 휘도와 색도를 측정하였다.
실험에서 사용된 자동차 앞 유리에 투영된 자극은 자동차를 주행하는 데에 있어서 가장 핵심이 되고 운전자가 가장 많이 보는 정보인 속도를 중심으로 했다. 환경의 변화에 따라서 HUD를 통해 투영된 주행정보의 시인성에 색채가 영향을 미치는지 실험을 통해 알아보았다.
본 연구는 운전 중 운전자의 시야를 전방에 고정시킬 수 있는 장치인 HUD(Head Up Display)시스템을 이용해서 자동차 앞 유리(windshield)에 투영된 주행정보의 색채감성을 평가하는 실험을 수행했다. 실험에서는 색채의 시인성, 피로도, 선호도와 방해성을 설문조사를 통해 알아보았다. Cohen(1980)는 운전행동 중 운전에 관련되는 정보획득의 90%이상이 시지각 활동에 의해 이루어진다고 논했다.
설문 조사 결과, 82%의 응답자가 속도계를 가장 자주 본다고 응답하였다. 이 결과를 참고 하여 본 연구에서는 주행 정보 중에 속도계를 선정하였고, 흔히 경제속도로 알려져 있는 60km/h~80km/h 중 60km/h를 형태로 색채 시인성, 피로도, 선호도, 방해 정도를 평가하였다.
이렇게 총 19개의 실험 자극물을 주간 운전 시 조도 환경과 야간 운전 시 조도 환경 두 가지로 나누워 주행정보의 컬러 시인성, 피로도, 선호도, 방해 정도를 평가하였다. 각 질문에 대해 5점 척도 (Bad- Poor – Fair-Good- Excellent)로 대답을 하게하였다.
주간 운전 시 조도 환경에서 먼저 실험을 할 경우, 5개 LED 조명등이 너무 밝기 때문에 눈에 잔상이 남아 이후에 하는 실험에 영향을 줄 수 있다. 이를 배제 하기 위해 야간 운전 시 조도 환경에서 먼저 실험을 수행한 뒤 주간 운전 시 조도 환경에서 실험을 수행 하였다. 야간 운전 시 암순응을 마친 후 에 실행하였습니다.
차량 앞좌석 모형을 만들고 그림 1에서 보는 바와 같이 TV모니터를 통해 주행 동영상을 시연하여 주행 환경과 최대한 비슷하게 차량 시뮬레이션 환경을 구현 하였다.
표 3은 분광 휘도계 CS-1000을 이용하여 주행정보의 각 색채 마다 휘도 값과 색채 값을 측정한 것이다. 휘도는 주변 조도에 영향을 받기 때문에 주간 운전시 조도환경과 야간 운전 시 조도 환경을 각각 나누어 측정하였다.
대상 데이터
주행 정보의 색채는 Red, Orange, Yellow, Green, Blue, Purple, White (이하 R, YR, Y, G, B, P, W로 표기) 총 7가지를 선정하였다. 먼셀 표색계의 기본 5색 R, Y, G, B, P를 제외한 나머지 YR, W는 신호등의 색에서 선정되었다.
본 연구의 실험에서 최대한 주행 환경과 비슷하게 차량 시뮬레이션 환경을 조성하고 실험 자극물로 사용되는 주행 정보는 단일 색 글자 7개(R, YR, Y, G, B, P, W)와 단일 색 글자 7개에서 W를 제외한 6개 글자에 각각 White 글자 외곽선, Gray 글자 외곽선을 주어 외곽선 있는 글자 12개를 만들었다. (표 5)
주행 정보의 색채는 Red, Orange, Yellow, Green, Blue, Purple, White (이하 R, YR, Y, G, B, P, W로 표기) 총 7가지를 선정하였다. 먼셀 표색계의 기본 5색 R, Y, G, B, P를 제외한 나머지 YR, W는 신호등의 색에서 선정되었다.
본 연구에서는 HUD를 이용하여 자동차의 앞 유리에 투영한 주행정보의 색채 시인성, 피로도, 선호도, 방해 정도를 평가하는 실험을 수행하였다. 참여한 피실험자는 HUD를 전혀 사용해보지 않은 20~30대 색채디자인 대학원생으로 총25명이 실험에 참여하였다.
데이터처리
분석방법으로는 각 색상별로, 외곽선의 유무 또는 외곽선의 명도별로 둘씩 짝을 지어 두 변인간의 시인성 차이가 통계적으로 유의미한지 알아보기 위한 대응표본 t검증을 실시하였다. 신뢰구간은 사회과학에서 주로 통용되는 95%로 설정하였다.
표 7, 표 8와 같이 주행정보의 색상별로 단색상(R, YR, Y, G, B, P), 백색 외곽선(R1, YR1, Y1, G1, B1, P1), 회색 외곽선(R2, YR2, Y2, G2, B2, P2)의 세 가지 시인성에 대해 대응표본 t검증을 실시하였다.
성능/효과
HUD상 단색 주행정보의 색상에 따른 시인성 차이가 통계적으로 유의미한지 살펴본 결과 표 9, 표 10와 같이 주간에는 Y, G> R, YR > B=P, 야간에는 R, Y, G > YR > B, P의 순서로 유의미한 것으로 나타났다.
이는 글자 휘도 자체보다 배경과의 휘도차에 의해 시인성이 개선된 것이다. 둘째, 텍스트의 외곽선이 있는 경우, 외곽선은배경색으로 작용하여 색상과의 휘도대비를 일으켜 시인성에 영향을 준다. 셋째, 외곽선이 없는 경우에는 차량 전면 유리의 휘도가 배경색 휘도로 작용하여 글자의 휘도와 큰 대비를 이룰 때 시인성이 높은 것으로 나타났다.
또한 B, P 색상의 휘도가 다른 색상들에 비해 현저히 낮았는데, 백색, 회색 외곽선이 있는 주행정보(B1, B2, P1, P2)의 시인성 평가결과가 단색 주행정보(B, P) 의 시인성 평가결과와 큰 차이가 있는 것으로 나타났다. 이 또한 휘도대비의 영향으로 볼 수 있다.
Lin(2003)은 텍스트의 색상별 밝기와 회색 배경의 밝기 차이에 대한 시각적 수행능력 실험을 실시하였다. 배경과 텍스트의 명암대비가 클수록 시각적 수행능력이 향상되며, 일정수준 이상의 명암대비 조건에서 텍스트의 색상은 시각적 수행능력에 유의미한 영향을 주지 않은 것으로 밝혀졌다.
둘째, 텍스트의 외곽선이 있는 경우, 외곽선은배경색으로 작용하여 색상과의 휘도대비를 일으켜 시인성에 영향을 준다. 셋째, 외곽선이 없는 경우에는 차량 전면 유리의 휘도가 배경색 휘도로 작용하여 글자의 휘도와 큰 대비를 이룰 때 시인성이 높은 것으로 나타났다. 즉, HUD 주행정보의 시인성을 높이기 위한 방안으로 배경과 글자의 휘도대비 이용을 고려해볼 수 있다.
특히 색채는 시인성을 높일 수 있는 주요 요소로 작용한다. 실험결과, 첫째, 주간에서는 Y와 G 색상같이 색상 자체의 휘도가 높은 경우 시인성이 높았다. 야간의 경우 휘도가 높은 Y, G 보다 R 색상이 시인성이 높은 것으로 나타났다.
야간모드에서는 그림 11에서 보는 바와 같이 R(16.92)의 휘도가 Y(34.38), G(31.21), YR(19.23)에 이어 4번째 수준이었지만, R 색상의 시인성 평균점수가 가장 높게 나타났으며, 통계적으로는 Y, G 색상과 동일한 수준으로 평가되었다. 이는 주행정보를 띄우지 않은 차량 전면 유리, 즉 바탕의 휘도와 색상별 휘도의 대비로 인한 것으로 여겨진다.
야간모드에서의 시인성 평균값은 백색 외곽선이 있는 주행정보의 시인성이 모든 색상에서 가장 높은 것으로 나타났다.
주간모드에서 백색 외곽선의 휘도(117.2)와 Y 텍스트의 휘도(115.3) 차이는 거의 나지 않았으며, 대응표본 t검증 결과 Y와 Y1의 시인성 차이도 유의미하지 않은 것으로 나타났다. 이는 동시적 대비처럼 인간의 지각작용이 순수한 광도의 강도에 민감하기 보다는 광도의 대비에 더 민감하기 때문이다(Chung, 2001; Kim, 1999).
주간모드에서는 Y색상을 제외한 다른 색상 자극에서는 회색 외곽선보다 백색 외곽선의 시인성이 높은 것으로 나타났다(R2<R1, YR2<YR1, G2<G1, B2<B1, P2<P1)
후속연구
HUD의 사용화를 대비하여 운전 상황에 따라 운행정보를 시각화하는 작업은 운행 안전에 매우 밀접한 관계를 보일 것이다. 본 연구는 단일한 정보인 주행속도에 관해서만 색상보다는 휘도 및 휘도 대비에 관한 연구를 진행하여 한계점을 보인다. 주행 정보에 속도뿐 아니라 방향 화살표, 주요 시설물 등의 추가적인 정보가 더해질 경우 각 정보의 적절 색상, 휘도, 휘도 대비 비등이 추가로 연구되어야 할 것이다.
본 연구는 실제 주행도로가 아닌 조도와 환경을 주행환경과 비슷하게 맞춘 실험실에서 이루어졌다는 한계가 있음을 밝힌다.
본 연구는 단일한 정보인 주행속도에 관해서만 색상보다는 휘도 및 휘도 대비에 관한 연구를 진행하여 한계점을 보인다. 주행 정보에 속도뿐 아니라 방향 화살표, 주요 시설물 등의 추가적인 정보가 더해질 경우 각 정보의 적절 색상, 휘도, 휘도 대비 비등이 추가로 연구되어야 할 것이다.
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