Характеристика зрительного анализатора

Раздражителем зрительного анализатора является световая энергия, а рецептором – глаз. Зрение позволяет воспринимать форму, цвет, яркость и движение предметов. Человек-оператор около 90 % всей информации получает через зрительный анализатор. Возможность зрительного восприятия определяется энергетическими, пространственными, временными и информационными характеристиками сигналов, поступающих к оператору.

Энергетическая характеристика зрительного анализатора определяется мощностью (интенсивностью) световых сигналов, воспринимаемых глазом.

Яркость(кд/м²) зависит от плотности светового потока излучаемого (В_изл) или отражаемого по направлению к глазу (В_отр),

В = В_изл = (+ )В_отр (1)

Значение В_изл зависит от мощности источника света и его светоотдачи:

В_изл = I / S∙СОS α, (2)

где I – сила света (кандела – кд), т.е. световой поток, излучаемый на единицу телесного угла – ω = S/R² (телесным углом (ω) называется пространственный угол, ограниченный конической поверхностью, вершина которой совпадает с точечным источником света, а площадь основания S является частью сферической поверхности радиуса R); S – величина светящейся поверхности; а – угол, под которым рассматривается поверхность.

Значение В_отр зависит от уровня освещенности данной поверхности и ее отражения:

(3)

где Е – освещенность поверхности (люкс (лк)); r – коэффициент отраженности поверхности. Значение коэффициента r изменяется в зависимости от цвета поверхности, например, для белого r = 0,90, желтого r = 0,65, зеленого r = 0,52, серого r = 0,55, синего (темного) r = 0,13, коричневого r = 0,10, черного r = 0,07. Величина коэффициента показывает, какая часть падающего на поверхность светового потока отражается ею.

n – абсолютный показатель преломления среды (n= Sin i₁/ Sin i₂ – отношение Sin угла падения i₁ к Sin угла преломления i₂).

Абсолютный диапазон чувствительности зрительного анализатора составляет от 10^-6 до 10⁶ кд/м², оптимальный – от 10 – 20 до 200 – 300 кд/м² (кд-кандела – сила света. Кандела равна силе света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540∙10¹² Гц, сила излучения которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср, где ср – стерадиан, он равен телесному углу).

Видимость предмета по отношению к фону характеризуется контрастностью. Рассматривают два вида контраста: прямой (предмет темнее фона) и обратный (предмет ярче фона). Значение параметра контраста рассчитывается по следующим формулам:

(4)

где В_ф и В_п – соответственно яркость фона и предмета.

Оптимальное значение данного параметра для различных рабочих мест находится в диапазоне К = 0,60 … 0,95. Работа при прямом контрасте является более благоприятной, чем при обратном. Видимость предмета при проектировании рабочего места устанавливается на основании оценки порогового контраста

(5)

где dB_пор – пороговая разность яркости, т.е. минимальная разность яркости предмета и фона, впервые обнаруживаемая глазом.

Оперативный порог должен быть в 10 раз больше дифференциального порога (10 К_пор). Значение К_пор зависит от яркости и размеров предмета. С увеличением размеров и яркости значение К_пор уменьшается.

С понятием освещенности связано понятие ослепленности, которое зависит от различной интенсивности освещения. Поэтому необходимо обеспечивать оператору равномерность распределения яркости в поле зрения.

Глаз человека воспринимает электромагнитные волны в диапазоне l = 380–760 нм (10^-9). Чувствительность глаза к волнам неодинакова, наибольшая чувствительность глаза l = 500–600 нм, соответствующая середине спектра видимого света желто-зеленого цвета. Это свойство зрительного анализатора определяется через параметр относительной видимости

(4.6)

где S₁ и S – ощущение, вызываемое источниками длиной соответственно l = 500 … 600 нм и l = 550 нм.

Информационная характеристика зрительного анализатора. Наибольшую пропускную способность (R = 5,6 × 10⁶ бит/с) имеет сетчатка (фоторецепторы) глаза. Кора головного мозга обладает возможностью перерабатывать зрительную информацию объемом R = 20 … 70 бит/с, а с учетом ответных действий человека пропускная способность коры головного мозга уменьшается до R = 2 … 4 бит/с.

Пространственные характеристики зрительного анализатора определяются размерами предметов и их местоположением в пространстве, воспринимаемые глазом. Основные характеристики – острота и поле зрения.

О с т р о т а з р е н и я – способность глаза различать мелкие детали предметов. Единица остроты зрения – одна угловая минута. Минимально допустимые размеры элементов изображения, предъявляемого оператору, должны быть не менее 15 минут, что соответствует значению оперативного порога.

Острота зрение изменяется при изменении угла взора на предмет, например, острота зрения под углом 10° в 10 раз, а под углом в 30° – в 23 раза меньше, чем расположение предмета прямо перед собой. Это условие определяет расчет линейных размеров предметов (Н), наблюдаемых оператором,

Н = 2L tg(a/2), (4.7)

где L – расстояние от глаза до предмета; а – угловой размер предмета.

Поле зрения – область пространства, ограничивающая поступление светового сигнала к рецепторам. Поле зрения одного глаза в предположении, что голова зафиксирована, охватывает 180° по горизонтали и 150° по вертикали.

В реальных условиях при выборе соответствующих характеристик индикаторной панели и размещении приборов на панели принято, что все поле зрения можно разделить на три зоны. Первая зона – оперативное поле, в нем производится одномоментная обработка информации, ограничено размерами 3х3°. Вторая зона – поле постоянного контроля – ограничено по горизонтали значением ± 31°, по вертикали +23, -32°. В этой зоне размещаются наиболее важные и часто использующиеся индикаторы. Третья зона – поле периодического контроля — определяется предельными возможностями зрительной системы человека.

Временные характеристики зрительного анализатора определяются временем, необходимым для возникновения зрительного ощущения при тех или иных условиях работы оператора. К основным характеристикам относятся: латентный период зрительной реакции и длительность информационного поиска.

Латентный период – промежуток времени от момента подачи сигнала до момента возникновения ощущений. Он зависит от интенсивного сигнала, его значимости, сложности работы оператора. В среднем латентный период для большинства людей равен 0,160 – 0,240 с, но должен быть не больше 0,5 с (для работников, связанных с движением транспортных средств).

Для операторов СЧМ транспорта характерно проведение и н ф о р м а ц и о н н о г о п о и с к а – нахождение на устройстве отображения объекта с заданными признаками (занятие стрелок, путей, графического отображение поезда, судна на графике и т. п.).

Информационный поиск зависит от движения глаз и делится на два класса: поисковые и познавательные. С помощью поисковых движений осуществляется поиск заданного объекта, установка глаза в исходную позицию. Время поиска

t_п = 0,25 + 0,004b, (4.8)

где b – угол перемещения взора при поиске предмета.

Поисковые движения осуществляются в форме скачка, длительность одного скачка равна t_пi = 0,025 с. При поиске предмета таких скачков может быть n, их общая продолжительность t_п = 0,25 … 0,30 с.

Познавательные движения зрительного анализатора, обследующие объект, позволяют установить различение его деталей или состояний, т.е. обеспечивают съем информации во время фиксации. Продолжительность фиксации предмета составляет t_ф = 0,25 … 0,65 с.

Для обеспечения эффективной работы зрительного анализатора необходимо:

· элементы информационного поля располагать так, чтобы в объем фиксации, ограниченной зоной 20°, попадало не меньше, чем 4 – 8 объектов;

· по возможности уменьшать объем поля, не допуская нахождения в нем ненужных элементов;

· искомые элементы выделять таким образом, чтобы обеспечить наименьшее время фиксации (кодирование цветом, светом и т.п.).