Пространственные и временные характеристики зрительного анализатора

Значения слепящей яркости для различных уровней адаптации

Яркость поля адаптации, кд/м^2	Яркость, дающая ощущение ослепления, кд/м	Яркость поля адаптации, кд/м^2	Яркость, дающая ощущение ослепления, кд/м^2
3,2·10^-6	6,4·10	3,2·10	11,1·10^4
3,2·10^-3	5,9·10^2	3,2·10^3	4,62·10^4
3,210^-1	2,18·10^3	15,9·10^4	15,9·10^4

Основной информационной характеристикой зри­тельного анализатора является пропускная способность, т. е. то количество информации, которое анализатор способен принять в единицу времени. Зрительный анализатор можно представить в виде канала связи, состоящего из нескольких участков передачи инфор­мации. Очевидно, пропускная способность канала в целом будет определяться пропускной способностью того участка, для которого она минимальна [1].

Рис. 11.4. Чувствительность глаза к волнам различной длины.

Наибольшая пропускная способность (≈5,6·10⁹ дв. ед/с) имеет место на уровне фоторецепторов (сетчат­ки). По мере продвижения к более высоким уровням приема информации пропускная способность умень­шается, составляя на корковом уровне лишь 20 — 70 дв. ед/с. Еще меньше пропускная способность для дея­тельности в целом (с учетом ответных действий чело­века). Здесь она составляет 2 — 4 дв. ед/с.

Пространственные характеристики зрительного анализатора определяются воспринимаемыми глазом размерами предметов и их месторасположением в пространстве. К ним относятся: острота зрения, поле зрения и объем зрительного восприятия.

Остротой зрения называется способность глаза различать мелкие детали предметов. Она определяет­ся величиной, обратной тому минимальному размеру предмета, при котором он различим глазом. Угол зре­ния, равный Г, соответствует единице остроты зрения. Острота зрения зависит от уровня освещенности, рас­стояния до рассматриваемого предмета и его положе­ния относительно наблюдателя, возраста. Так, напри­мер, острота зрения под углом 10° в 10 раз меньше, а под углом 30° в 23 раза меньше, чем прямо перед собой.

Размеры предметов выражаются в угловых величи­нах, которые связаны с линейными размерами (рис. 11.5) следующим соотношением:

(11.10)

где h и α — соответственно линейный и угловой разме­ры предмета; Ɩ — расстояние от глаза до предмета.

Острота зрения характеризует абсолютный прос­транственный порог восприятия. Минимально же допустимые размеры элементов изображения, предъяв­ляемого оператору, должны быть на уровне оператив­ного порога и составлять не менее 15'.

Рис. 11.5. Зависимость между угловыми (а) и линейными (h) размерами предметов.

Важной характеристикой зрительного восприя­тия является его объем: число объектов, которые может охватить человек в течение одной зрительной фиксации, т. е. при симультанном восприятии. Обна­ружено, что при предъявлении не связанных между собой объектов объем восприятия составляет 4 — 8 элементов. Последние исследования показывают, что объем воспроизведенного материала определяется не столько объемом восприятия, сколько объемом па­мяти. В зрительном образе может отражаться значи­тельно большее число объектов, однако они не могут быть воспроизведены из-за ограниченного объема памяти [44]. Следовательно, практически важно учи­тывать не столько объем восприятия, сколько объем памяти.

Условно все поле зрения можно разбить на три зоны: центрального зрения (= 4°), где возможно наибо­лее четкое различение деталей; ясного видения (30 — 35°), где при неподвижном глазе можно опознать предмет без различных мелких деталей; периферического зре­ния (75 — 90°), где предметы обнаруживаются, но не опознаются. Зона периферического зрения играет большую роль при ориентации во внешней обстанов­ке. Объекты, находящиеся в этой зоне, легко и быстро могут быть перемещены в зону ясного видения с помо­щью установочных движений (скачков) глаз.

Большую роль в процессе зрительного восприятия играют движения глаз. Они делятся на два больших класса: поисковые (установочные) и гностические (познавательные).

С помощью поисковых движений осуществляется поиск заданного объекта, установка глаза в исходную позицию и корректировка этой позиции. Длительность поисковых движений определяется углом, на который перемещается взор [62].

(11.11)

где — угол перемещения взора, град; tn — время пере­мещения взора, с.

К гностическим относятся движения, участвующие в обследовании объекта, в его опознании и различении его деталей. Основную информацию глаз получает во время фиксации, т. е. во время относительно неподвиж­ного положения глаза, когда взор пристально устрем­лен на объект. Во время скачка глаз почти не получает никакой информации. Если продолжительность скач­ка в среднем составляет 0,025 с, то продолжительность фиксации в зависимости от условий восприятия — 0,25 — 0,65 с и более. Результаты исследований показы­вают, что общее время фиксаций составляет 90 — 95 % от времени зрительного восприятия [62].

Фиксации неотделимы от микродвижений глаз. В ряде опытов при помощи специального устройства изображение объекта стабилизировалось относитель­но сетчатки глаза, т. е. изображение не перемещалось по сетчатке. Уже через 2 — 3 с после стабилизации человек переставал видеть объект. Следовательно, дви­жения глаз являются необходимым условием зритель­ного восприятия.

Временные характеристики зрительного анализато­ра определяются временем, необходимым для возникно­вения зрительного ощущения при тех или иных условиях работы оператора. К ним относятся: латентный (скрытый) период зрительной реакции, длительность инерции ощу­щения, критическая частота мельканий, время адаптации, длительность информационного поиска.

Латентным периодом называется промежуток вре­мени от момента подачи сигнала до момента возникно­вения ощущения. Это время зависит от интенсивности сигнала (так называемый закон силы: чем сильнее раздражитель, тем реакция на него короче), его значи­мости (реакция на значимый для оператора сигнал короче, чем на сигналы, не имеющие значения для оператора), сложности работы оператора (чем слож­нее выбор нужного сигнала среди остальных, тем ре­акция на него будет больше), возраста и других инди­видуальных особенностей человека. Подробнее эти вопросы рассматриваются в главе XIV при изучении сенсомоторных реакций человека. В среднем же для большинства людей латентный период зрительной реакции лежит в пределах 160 — 240 млс.

Если же возникает необходимость в последователь­ном реагировании оператора на дискретно появляю­щиеся сигналы, то период их следования должен быть не меньше времени сохранения ощущения, равного 0,2 — 0,5 с. В противном случае будут замедляться точ­ность и скорость реагирования, поскольку во время прихода нового сигнала в зрительной системе опера­тора еще будет оставаться образ предыдущего сигнала.

Критической частотой мельканий (КЧМ) называ­ется та минимальная частота проблесков, при которой возникает их слитное восприятие. Эта частота зависит от яркости, размеров и конфигурации знаков (рис. 11.6). Зависимость КЧМ от яркости подчинена основному психофизическому закону

(11.12)

где а и С — константы, зависящие от размеров и конфи­гурации знаков, а также от спектрального состава мель­кающего изображения.

Из формулы (11.12) и рис. 11.6 видно, что снижение величины f_кр, если это необходимо по каким-либо тех­ническим причинам, может быть достигнуто путем уменьшения яркости знака, сокращения его размеров или упрощения конфигурации. При обычных условиях наблюдения величина КЧМ лежит в пределах 15 — 25 Гц. При зрительном утомлении она несколько понижается.

К временным характеристикам зрительного ана­лизатора относится и время адаптации. В процессе адаптации в значительной степени (до 108 раз) меня­ется чувствительность зрительного анализатора. Раз­личают две формы адаптации: темновую (при перехо­де от света к темноте) и светловую (при обратном переходе).

Время адаптации зависит от ее вида и со­ставляет десятки минут при темновой адаптации и еди­ницы и даже доли минут — при Светловой.

Рис. 11.6. Зависимость критической частоты мельканий

а — от яркости; б — от размеров и конфигурации знаков

(1,2,3 — соответственно знаки сложной, средней и

простой конфигурации).

Весьма тесно связано с временными характерис­тиками зрительного анализатора и восприятие движу­щихся объектов. Минимальная скорость движения, которая может быть замечена глазом, зависит от нали­чия в поле зрения фиксированной точки отсчета. При наличии такой точки абсолютный порог восприятия скорости равен 1—2 угл. мин/с, без нее — 15 — 30 угл. мин/с. Эти данные получены в условиях, когда время предъявления не ограничено и составляет не менее 10-15 с.

Для некоторых видов операторской деятельности процесс восприятия сводится к информационному поиску — нахождению на устройстве отображения объекта с заданными признаками. Такими признаками может быть проблесковое свечение, особая форма или цвет объекта, отклонение стрелки прибора за допустимое значение и т. д. Задача оператора заключается в нахождении такого объекта и характеризуется време­нем, затраченным на поиск [62].

Общее время информационного поиска равно

(11.13)

где t_п, t_ф, — соответственно время i-гo перемещения взора и i-й фиксации; n — число шагов поиска (число фиксаций), затраченных для нахождения нужного объекта.

Время перемещения определяется утлом скачка взора, время фиксации зависит от целого ряда факторов: свойств информационного поля, способа деятельности наблюдателя, степени сложности искомых элементов. Однако в условиях конкретного информационного поля (особенно при однородности его элементов) и конкрет­ной задачи величина относительно постоянна и являет­ся характеристикой данных условий работы (табл. 11.4).

Таблица 11.4

Средняя длительность зрительной фиксации в различных задачах

Задача	tф, млс	Задача	1ф, МЛС
Поиск отметки на		Поиск простых
экране РЛС		геометрических фигур
Чтение буквы или		Фиксация загорания
цифры		(погасания) индикатора
Поиск условных		Ознакомление с
знаков		ситуацией, обозначенной условными знаками

Учитывая, что в условиях конкретной задачи, при которых t_ф, постоянно и выражение (11.13) примет вид

Среднее значение времени поиска равно

(11.14)

где — математическое ожидание числа шагов поис­ка (числа зрительных фиксаций), необходимых для нахождения предмета с заданными признаками.

Величина находится при построении математи­ческой модели информационного поиска [215]. С уче­том этого время равно

(11.15)

где N — общий объем (количество элементов) информа­ционного поля; М — число элементов, обладающих заданным для поиска признаком; а — объем зритель­ного восприятия.

Объем зрительного восприятия ограничен, с одной стороны, объемом оперативной памяти (4 — 8 элемен­тов), а с другой стороны, пространственными характе­ристиками зрения (размерами зоны ясного видения). Следует, однако, иметь в виду, что в процессе поиска размеры зоны ясного видения составляют примерно 10° [57]. В итоге под объемом восприятия в данном случае следует считать то количество предметов (но не более 4 — 8), которое одновременно попадает в зону, ог­раниченную углом 10° в горизонтальной и вертикаль­ной плоскостях.

На основании формулы (11.15) молено определить основные требования к организации информационно­го поля с точки зрения минимизации времени поиска:

■ элементы поля следует располагать так, чтобы в объем фиксации, ограниченный зоной 10°, попадало не более чем 4 — 8 объектов;

■ следует по возможности уменьшить объем поля, не до­пуская нахождения в нем ненужных элементов;

■ искомые элементы следует выделять таким образом, что­бы обеспечить наименьшее время фиксации. Наилуч­шим является выделение искомого элемента другим цве­том или с помощью светового маркера, более плохие результаты получаются при его выделении проблеско­вым свечением или изменением размера и яркости (хотя эти способы более просты с точки зрения их техничес­кой реализации).

Рассмотренный подход к определению времени информационного поиска является не единственно возможным. Кроме него хорошие результаты может дать предложенный К.С. Козловым подход, базирую­щийся на логико-множественной модели поиска. Эта модель устанавливает зависимость между числом опе­раций (шагов) до успеха в поиске, числом элементов информационного поля и параметрами структуры ин­формационного поля деятельности оператора [70].

Дата добавления: 2014-12-07