4.1.1. Характеристики зрительного анализатора

Через зрение человек получает большую часть информации, позволяющей проводить осознанную целенаправленную дея­тельность. Зрительный анализатор формирует в психике чело­века первичные зрительные ощущения — цвета, света, формы, образов внешнего мира, обеспечивает зрительную деятельность человека.

Парное взаимодействие глаз вызывает бинокулярный эффект,

благодаря которому появляется восприятие объёмности предме­тов, их удалённости в пространстве.

Воспринимающая часть глаза включает два типа рецепторов — палочки и колбочки, формирующие сетчатку глаза, на которую через хрусталик поступает изображение предметов внешнего мира. Палочки являются аппаратом ахроматического (чёрно-бе­лого), а колбочки — хроматического (цветного) зрения.

Абсолютная чувствительность зрения весьма высока и составля­ет всего 10-15 квантов лучистой энергии, при воздействии кото­рых на сетчатку в психике человека возникает ощущение света.

Зрительная система работает в очень широком диапазоне ярко­стей. Максимальная яркость, вызывающая ослепление, состав­ляет 32.2 стильба, а минимальная воспринимаемая глазом осве­щённость около 8.10^-9 люкс. При идеальных условиях человек может видеть свет, излучаемый звёздами 6-й величины.

Глаз чувствителен к электромагнитному излучению в диапазоне длин волн от 380 до 760 мкм, причём максимум световой чувст­вительности глаза смещается в зависимости от уровня осве­щённости. Этим объясняется «эффект Пуркинье»: при суме­речном освещении синие и зелёные предметы кажутся более светлыми, чем красные и желтые. Волны разной длины вызыва­ют ощущения цвета и его градаций: красного — 610-620 мкм; жёлтого — 565-590 мкм; зелёного — 520 мкм; синего — 410-470 мкм; фиолетового — 380-400 мкм.

31

Чувствительность глаза к различению цветового тона различна и имеет около ста тридцати градаций. На практике эти особенности цветового зрения используются при создании систем цветового кодирования и сигнализации. Обычно используется не более че­тырёх цветов — красный, жёлтый, зелёный и белый. Наиболее тонко глазом различаются длины волн в районе 494 мкм (зелено­вато-голубой цвет) и 590 мкм (оранжево-жёлтый). В средней час­ти видимого спектра (зелёный цвет), а также в его концах (фиоле­товый и красный) дифференцировка цветности значительно гру­бее. Максимальная цветовая чувствительность глаза при дневном освещении лежит в жёлтой части спектра (555 мкм).

Наиболее контрастирующие соотношения цветов в порядке убы­вания цветового контраста: синий на белом, чёрный на жёлтом, зелёный на белом, чёрный на белом, зелёный на красном, крас­ный на жёлтом, красный на белом, оранжевый на чёрном, чёр­ный на пурпурном, оранжевый на белом, красный на зелёном.

Цвет и свет играют значительную роль в человеческой практике. При создании многих изделий необходимо учитывать их цвето­вые и световые характеристики. Цвет может выполнять энерге­тическую и информационную функции. Цветом кодируются со­стояния индикаторов технических систем. Например, красный цвет свидетельствует о критических и опасных режимах, зелё­ный — о нормальном функционировании системы, жёлтый пре­дупреждает об изменении режима. Светофор является приме­ром технического устройства, в котором цвет играет чисто ин­формационную роль, регулируя дорожное движение.

Военные стандарты США устанавливают следующий дополнен­ный алфавит цветового кода:

• красный — используется для предупреждения оператора о том, что система или её часть не работают;

• мигающий красный — для обозначения ситуации, требующей немедленного реагирования;

• жёлтый цвет — для обозначения предельных режимов, в кото­рых необходима осторожность;

• зелёный цвет — нормально работающая система;

• белый цвет — используется для обозначения функций, о кото­рых не известно, правильны они или ошибочны, например, для обозначения промежуточных состояний системы;

• синий цвет — справочные и консультативные сведения.

31

При организации сложных пультов управления и индикации, со­держащих большое количество кодирующих признаков, возни­кают сложные взаимодействия светлоты и цвета, что требует специальных процедур измерений и подбора цвета. С этой це­лью используются специальные шкалы и методы построения изотропного пространства различения светлоты и цвета. Дока­зано преимущество цветового кодирования при решении задач обнаружения. Время поиска объектов по цвету минимально.

Освещённость рабочего места влияет на работоспособность оператора. Снижение освещённости ведёт к снижению работо­способности. Зрительный комфорт и работоспособность зависят от соотношения между яркостью наблюдаемого объекта и ярко­стью фона, окружающего объект.

Зрительная система человека обладает определённой инерци­онностью при быстрой смене световых раздражителей, которые после определённого порога, называемого «критической час­тотой слияния световых мельканий» (КЧСМ), воспринимают­ся как непрерывный сигнал. На этом эффекте работают систе­мы кино и телевидения, предъявляющие на короткое время изображение в виде последовательности картинок. КЧСМ, в за­висимости от параметров предъявляемого сигнала и функцио­нального состояния зрительного анализатора, изменяется в ди­апазоне от 14 до 70 Гц.

Острота зрения человека — минимальный угол зрения, при ко­тором две равноудалённые точки видны как раздельные, со­ставляет несколько десятых угловой минуты и зависит от осве­щённости и контрастности объекта, его формы и положения в поле зрения. Эта характеристика играет большую роль в зада­чах информационного поиска и обнаружения, составляющих значительную часть операторской деятельности.

Диапазон восприятия интенсивности светового потока челове­ком очень велик и достигается в процессе световой и темно­вой адаптации, время которой составляет от 8 до 30 минут.

Темновая адаптация возникает при уменьшении яркости фона от некоторого значения до минимальной яркости (практически темноты). Происходит ряд изменений в зрительной системе:

• переход от колбочкового зрения к палочковому;

32

• расширяется зрачок;

• увеличивается площадь на сетчатке, по которой происходит суммирование воздействия света;

• увеличивается время суммирования световых воздействий;

• увеличивается концентрация светочувствительных веществ в зрительных рецепторах;

• увеличивается чувствительность зрительной системы.

Световая адаптация — явление, обратное темновой адаптации. Она происходит в процессе приспособления зрительной систе­мы после длительного пребывания в темноте.

С инерционностью зрения связан и феномен последователь­ных зрительных образов, возникающих непосредственно по­сле прекращения раздражения сетчатки. При этом возможны наложения и искажения восприятий, ведущие к ошибочным дей­ствиям человека. Иллюзиям движения и инерции зрения обяза­ны своим развитием кино и телевидение.

Зрительная система человека позволяет воспринимать движе­ние. Нижний абсолютный порог восприятия скорости составляет:

— при наличии в поле зрения неподвижного ориентира 1-2 угл. мин/с.;

— без ориентира 15-30 угл. мин/с.

Равномерное движение с малыми скоростями (до 10 угл. мин/с.) при отсутствии в поле неподвижных ориентиров может воспри­ниматься как прерывистое.

Поле зрения каждого глаза: вверх 50 град.; вниз 70 град.; по направлению к другому глазу 60 град.; в противоположном на­правлении 90 град. Общее поле зрения по горизонтали 180 град. Точное восприятие зрительных сигналов возможно только в центральной части поля зрения. Именно здесь должны быть расположены наиболее важные элементы рабочего места оператора.

Максимальная пропускная способность зрительного анализа­тора на уровне фоторецепторов 5.6 х 10 бит/с. По мере про­движения к корковым структурам падает до 50-60 бит/с. Не­смотря на столь низкую скорость восприятия, человек в сво­ём субъективном мире имеет дело с образами восприятий,

33

обладающими высоким разрешением и детальностью. Это связано с конструирующими функциями психики, строящей образ на основании не только внешней информации, но и ин­формации, циркулирующей в системах памяти и фиксации опыта.

В настоящее время нет удовлетворительной научно обоснован­ной теории, объясняющей работу зрительной системы человека в целом, есть только ряд предположений о принципах работы от­дельных звеньев системы. Однако её свойства вполне описаны и оформлены в виде справочных данных. Их использование тре­бует от проектировщиков большой осторожности, так как пара­метры зрительной системы очень вариативны и сильно зависят от условий и методов измерения.