Характеристики зрительного анализатора

Категория:
Эргономика


Характеристики зрительного анализатора

Эти величины характеризуют особенности восприятия человеком физических качеств светового потока. Наиболее общим критерием, по которому судят о зрительном восприятии, является критерий видимости, т. е. обнаружение и опознание зрительных сигналов на фоне помех.

В конечном итоге задача определения видимости сводится к установлению контраста между объектом и фоном и определению того, превышают ли найденные значения контраста и угловых размеров порог различения. Поэтому дальнейшее изложение построено по принципу установления величины какого-либо параметра светового потока и описания соответствующей характеристики зрительного анализатора, ответственного за его восприятие.

Восприятие интенсивности. Ощущение, характеризующее световую энергию, излучаемую поверхностью, называется видимой яркостью. Если поверхность равномерно рассеивает свет, то пользуются термином «освещенность». Исходным показателем, который лежит в основе практически всех эргономических показателей, связанных с восприятием яркости, является значение порога световой чувствительности. Различают абсолютные и относительные пороги.

По мере увеличения отношения силы света объекта к его площади субъективное ощущение яркости возрастает. Влияние яркости на видимость выражается в том,‘что чем выше яркость объекта по сравнению с фоном, тем более видимым является объект. Эта зависимость в основном укладывается в рамки закона Вебера—Фехнера. При очень больших яркостях возникает эффект ослепления, который зависит не только от абсолютной интенсивности светового потока, но и от уровня чувствительности глаза, т. е. от фона, к которому адаптирован глаз.

Наибольшей чувствительностью обладают периферические места сетчатки, главным образом верхние и носовые отделы. Поэтому слепящий свет особенно неприятен при прямом направлении и при попадании снизу и со стороны виска.

Рис. 1. Зона нормальной световой чувствительности в процессе темновой адаптации. По оси абсцисс — время пребывания в темноте, по оси ординат — относительная плотность фильтров на адаптометре

Таким образом, субъективные ощущения яркости определяются исходной чувствительностью глаза, зависящей от фоновой интенсивности светового потока. Связанное с этим повышение чувствительности называется темновой адаптацией, а понижение — световой. Благодаря адаптации человек может поддерживать необходимый уровень видимости при колебании яркости между 6,36- Ю-7 кд до 1,59-106 кд.

На рис. 3.3 приведена типичная кривая темновой адаптации. Абсолютный световой порог зависит от положения изображения объекта на сетчатке. Область максимальной чувствительности лежит в 10—15е к виску от оптической оси глаза. К центральной ямке и к периферии чувствительность снижается. Обычно все измерения, связанные со зрительным восприятием, проводят при предварительной световой адаптации в течение 10 мин и яркости 1000 кд.

Восприятие светового контраста. Под контрастом понимается степень воспринимаемого различия между двумя яркостями, разделенными в пространстве или времени. Контрастная чувствительность позволяет ответить на вопрос, насколько объект должен отличаться по яркости (или цвету при цветовом контрасте) от фона, чтобы его было видно. Если под величиной А—В понимать разность яркостей объекта и фона, то неравенство (Л — В)/В > Е, где Е — порог контрастной чувствительности — означает, что объект виден, а неравенство (Л — — В)/В < Е, что его не видно. Для яркости в пределах от 1 до 1 000 кд, угловых размерах объекта, больших 1—2°, четкой границе между сравниваемыми яркостями и ее равномерном распределении по полю величина Е.— const.

Опыт показывает, что контрастная чувствительность становится выше, если угловые размеры объекта велики; эта зависимость имеет гиперболический характер.

На контрастную чувствительность большое влияние оказывают посторонние источники яркости. Их действие аналогично наложению снижающей контраст некоторой равномерной яркости, величина которой пропорциональна освещенности, создаваемой этим источником в глазу наблюдателя. Это действие убывает пропорционально квадрату угла между направлениями на объект и посторонний источник яркости.

Если яркости сравниваются на каком-либо фоне, то разностный порог минимален, когда яркость одного из сравниваемых объектов приближается к яркости фона. В табл. 3.2 показана зависимость порога контрастной чувствительности от соотношения яркостей фона и поля..

В том случае, когда две сравниваемые яркости постепенно переходят одна в другую и нет четкой границы, Е резко увеличивается, т. е. чем меньше градиент яркости или шире область размытия, тем меньше контрастная чувствительность.

Восприятие пространственных характеристик. Основным понятием при изучении восприятия пространственных характеристик является острота зрения, т. е. тот минимальный угол, под которым две точки видны как раздельные. Острота зрения зависит от ряда внешних условий и в первую очередь от освещенности, контрастности и формы объекта.

При уменьшении контрастности острота снижается . Когда производится различение белых объектов на черном фоне, острота зрения изменяется несколько иначе.

Рис. 2. Зависимость остроты зрения от яркости и контраст-, ности при различении темных объектов на светлом фоне

Большое значение имеет минимальная величина объекта, при которой он может быть замечен наблюдателем. Это зависит от того, рассматривается ли светлый объект на темном фоне или наоборот. В первом случае светлый объект представляет собой источник света и его видимость не зависит от угловых размеров, а определяется лишь освещенностью и яркостью фона. Так мы хорошо видим звезды, угловые размеры которых исчезающе малы. Во втором случае угловые размеры имеют важное значение и абсолютный порог различения колеблется между 20—30”.

Рис. 3. Зависимость остроты зрения от освещенности и контрастности при различении белых объектов на темном фоне

Острота зрения изменяется также в зависимости от места проекции изображения на сетчатке. В табл. 3.5 показано изменение остроты зрения при удалении изображения от центра сетчатки по горизонтальному меридиану.

Восприятие спектральных характеристик. На рис. 3.6 приведены кривые спектральной^чувствительности для зрения дневного и сумеречного. Видно, что для дневного зрения максимальная чувствительность лежит в области желто-зеленого цвета, в условиях темновой адаптации она сдвигается в сторону синего. Отсюда ясно, что наиболее яркими будут казаться объекты, окрашенные в цвета, лежащие в области максимальной чувствительности глаза. Цветовая чувствительность характеризует длину волны от 396 до 760 нм. При особо благоприятных условиях эта область расширяется от 302 до 950 нм.

Цветовые ощущения называются хроматическими. К ахроматическим относятся все серые цвета, начиная от белого и кончая черным, к хроматическим — все спектральные цвета.

Гамма переходов от белого цвета к черному образует ахроматический ряд. Каждый член этого ряда характеризуется большей или меньшей близостью к белому цвету. Такое качество цвета называется светлотой. Светлота характеризует и хроматический ряд: желтый кажется светлее красного, красный светлее синего и т. д. Можно всегда подобрать из ахроматического ‘ ряда одинаковый по светлоте с любым цветом серый цвет.

При сравнении одинаковых по светлоте серого цвета и хроматического возникает новое ощущение— цветовой тон, зависящий от длины волны светового луча. Это ощущение позволяет отнести видимый цвет к тому или иному цвету спектра или пурпурному цвету, отсутствующему в спектре (переходный от красного к фиолетовому). При длине волны 760—680 нм возникает ощущение красного, длина волны около 580 дает ощущение оранжевого, 570 нм — желтого, 520 нм — зеленого, 470 нм — голубого, 430 нм — синего и в области 400 нм возникает Ощущение фиолетового.

Восприятие цвета зависит от яркости. По мере увеличения яркости воспринимаемый оттенок цвета сдвигается в сторону желтого или голубого. (эффект Бетцольда— Брюкке).

Цвета, одинаковые по светлоте и цветовому тону, отличаются по насыщенности, т. е. качеству, отражающему долю чистого спектрального цвета в данном оттенке. Насыщенность обозначает видимую степень отличия цвета от одинакового с ним по светлоте серого цвета.

Рис. 4. Кривые спектральной чувствительности глаза: – для дневного зрения; – для зрения в сумерках

Так, красный цвет розы является более насыщенным, чем красный цвет кирпича.

Цвет объекта определяется при большей яркости, чем_пороговая для различения объекта вообще. Эта разница в яркости называется ахроматическим интервалом. Так, для^красного он|равен 1,45, т. е. яркость, при которой различается красный цвет точки, должна быть в 1,45 раза большей той, при которой точка вообще становится видной. Для сине-зеленого этот интервал равен 100. Наиболее труден для опознания желтый цвет.

Чувствительность глаза к изменению длины волны в различных участках спектра неодинакова. Особенно хорошо различаются изменения цветности в четырех областях спектра: в зеленовато-голубой (494 нм), оранжево-желтый (585 нм), оранжево-красный (637 нм) и синевато-фиолетовый (443 нм). В желтом и голубом требуемая разница в длине волны может быть всего 1 нм. Исходя из данных по разностной чувствительности глаза, можно сделать вывод, что глаз способен различить 150 цветовых тонов одинаковой яркости. Увеличение и уменьшение яркости снижает чувствительность к цветовым тонам. Наиболее контрастирующей является экспозиция желтого цвета на черном фоне.

Наибольшая цветовая чувствительность при яркости выше 10 кд оказывается при различении синих объектов на белом фоне и черных на желтом. Затем в порядке убывания следуют зеленый на белом, черный на белом, зеленый на красном, красный на желтом, красный на белом,, оранжевый на черном, черный на пурпурном, оранжевый на белом, красный на зеленом..

Временнйе характеристики восприятия. Ощущение, вызванное световым сигналом, носит дискретный характер, т. е. имеется минимальный промежуток времени, в течение которого сохраняется постоянство зрительного ощущения, несмотря на изменение физических характеристик сигнала. Зрительный анализатор способен воспринимать очень короткие световые явления, которые могут длиться лишь тысячные доли секунды, однако определение яркости сигнала, его цвета и формы требует более длительного времени.

Ощущение, возникающее при действии света, изменяется во времени. На рис. 3.7 показана зависимость скрытого периода ощущения от интенсивности раздражителя. Появившись, ощущение нарастает, достигает максимальной интенсивности и затем постепенно уменьшается, останавливаясь на стационарном уровне. Видно, что ход кривой зависит от интенсивности раздражителя.

Ощущение не прекращается сразу после снятия светового сигнала. Инерция зрения равна 0,10—0,20 с для центрального зрения и 0,1— 0,32 с для периферического.

Ощущения, возникающие после снятия раздражителя, называются последовательными образами. При коротком ярком сигнале образ выступает из темноты несколько раз в быстрой последовательности.

Рис. 4. Зависимость скрытого периода ощущения от интенсивности раздражителя

После серии таких пульсаций наступает период темноты длительностью 0,2 с, затем светлая фаза с темным промежутком и потом вновь наступает фаза длительного последовательного образа.

При небольших яркостях через 0,5—1,5 с появляется отрицательный последовательный образ (т. е. яркие поверхности кажутся темными, а темные— светлыми). В случае цветного сигнала образ’окрашен в дополнительный цвет. Этот образ’сохраняется 1—2 с, затем исчезает на 1—2^с’и вновь появляется на более длительное время, но менее ярким и“более размытым. Иногда может появиться 3—4 таких образа.

При достаточно резкомтдействии на глаз прерывистого раздражителя возникает ощущение мельканий, при учащении сигналы сливаются в равный немигающий свет. Частота, при которой происходит исчезновение мельканий, называется ‘критической частотой слияния мельканий. Для периферического зрения эта частота мельканий меньше, чем для фовеального. При темновой адаптации она возрастает для периферического зрения и уменьшается для центрального. Для света с преобладанием длинноволновой части спектра флюктуации освещенности лучше воспринимаются периферией, чем центром сетчатки.

Яркость ощущения слившихся сигналов определяется законом Тальбо: В = (Вxtx + + t2, где В1 и В2 — сменяющие друг друга яркости, a tx и t2 — время их действия. Этот закон говорит, что яркость становится равной той, которая была бы, если бы интенсивность прерывающегося света равномерно распределялась на весь период смены мельканий.

При увеличении яркости мелькающего цвета от 1 до 120 кд КЧМ повышается от 14 до 35 Гц. При яркости 110 кд увеличение объекта от 5’ до 4°45’ даст повышение КЧМ от 14 до 44 Гц.

Восприятие пространства. Следующие психофизиологические характеристики зрения лежат в основе восприятия объектов в двумерном и трехмерном пространстве.

Полезрения. Бинокулярное поле зрения, т. е. при наблюдении двумя глазами, охватывает в горизонтальном направлении 120—160° . По вертикали оно составляет 55—60° вверх и 65—72° вниз. При восприятии цвета размеры поля зрения сужаются. Ахроматический интервал наиболее высок для зеленого цвета.

Зона оптимальной видимости ограничена полем: вверх 25°, вниз 35°, вправо и влево по 32°.

Глубинное зрение. Восприятие пространства основано на сложном глазодвигательном акте и поэтому характеризуется довольно большим скрытым периодом 0,6—1,0 с. Ошибка оценки абсолютной удаленности на расстоянии до 30 м равна в среднем 12% общего расстояния. Пороги восприятия относительной удаленности для расстояния 5— 6 м равны 12—14 мм [9] и зависят от абсолютной удаленности. На характеристиках глубинного зрения сказываются такие факторы, как различия в освещенности и контрастности объектов, четкость их контуров, знание реальных размеров объекта и т. п.

Рис. 5. Динамика изменения ощущения яркости во время действия раздражителя

Восприятие движения и ускорений. Восприятие движения во многом зависит от наличия неподвижного ориентира. Эти величины зависят от размера движущегося объекта, характера фона, величины освещенности и т. п. Интересна установленная Брауном закономерность. Если испытуемый оценивает движение двух одинаковых объектов, но один из них меньше (расположен дальше) по угловым размерам, то оценка его скорости дается значительно более завышенной, чем для большего объекта (расположен ближе). Восприятие ускорений связано также с наличием ориентира и исходной скоростью движения.


Читать далее:



Статьи по теме:


Реклама:




Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум