2.3. Психофізіологічних особливостей сприйняття зорової інформації оператором

Зір людини характеризується наступними основними параметрами: чутливістю, роздільною здатністю, полем ясного зору, критичною частотою мигтіння, часом адаптації, пропускною спроможністю оператора.

Мінімальна (порогова) величина яскравості світлової плями, що виявляється оком на чорному фоні, називається нижнім абсолютним порогом чутливості. Верхній абсолютний поріг чутливості характеризується больовими відчуттями. Діапазон яскравостей між верхнім і нижнім порогами чутливості знаходиться в межах від 10^-6 до 10⁶ кд/м². При зміні освітленості сітківки світлова чутливість не залишається постійною, а адаптується. Середня інтегральна яскравість інформаційного поля і інших джерел світла (первинних і вторинних), що знаходяться в полі зору, створює яскравість адаптації L_vа. Кращими умовами для роботи вважаються такі, коли рівень яскравості адаптації знаходиться в межах від декількох десятків до тисячі кандел на квадратний метр.

Мінімальний приріст яскравості L_vmin, яке розрізняє око при даній яскравості адаптації L_vа, називається диференціальним порогом чутливості, а відносний приріст яскравості, що розрізняється оком, - пороговим контрастом:

k_noр=L_vmin/ L_vа. (2.15)

Значення k_nop залежить від рівня яскравості адаптації. У робочому діапазоні яскравостіей від 10 до 1000 кд/м² можна прийняти k_пор  0,02 … 0,05. Для упевненого сприйняття зображення на фоні необхідно, щоб контраст зображення в ЗВІ, розрахований за формулами (2.11) або (2.12), не менше як у 10 разів перевищував пороговий контраст. Звідси діапазон контрасту рекомендується вибирати в межах 0,60 - 0,95.

Роздільна здатність, або гострота зору, характеризується мінімальним кутом, при якому можливе окреме розрізнення двох сусідніх крапок. Цей кут називається порогом гостроти зору _v. Для нормального зору поріг гостроти рівний 1 кутовій хвилині. Рекомендоване значення _vр в розрахунках беруть рівним 2—3 кутових хвилин. Кут зору (_vэм), необхідний для надійної ідентифікації елементів інформаційної моделі, залежить від їх складності, що оцінюється кількістю k_е мінімально помітних дискретних елементів, на які їх можна розкласти:

_vем  k_е _vp. (2.16)

Як вже відмічалося раніше, для синтезу букв і цифр потрібно 7—9 дискретних елементів по висоті. Отже, для них _vем =14 …27 кут. хвил.

Залежність між кутовими і лінійними розмірами ілюструється рис. 2.5, з якого виходить

h = 2 L tg(/2), (2.17)

або при малих кутах 

h  L, (2.18)

де  — кут зору, під яким видно зображення заввишки h на відстані L до спостерігача.

Роздільна здатність падає в міру віддалення від осі очей.

Поле ясного зору людини обмежене кутовими розмірами: 16—20° по горизонталі і 12—15° по вертикалі. Відповідно до цього в телебаченні вибрані рекомендовані відстані до спостерігача L  (36) Н і формат інформаційних полів k_ф = 4/3.

Сприйняття буквено-цифрової інформації при фіксованому положенні оператора передбачає деякий рух ока по рядку тексту, що дозволяє збільшити кутовий розмір інформаційного поля по горизонталі до 50°. Формат ІП буквено-цифрових ЗВІ часто беруть рівним 5 /3.

Кут між перпендикуляром, опущеним з центру ока на поверхню спостереження, і лінією, що з’єднує центр ока із спостерігаємою крапкою, називають кутом спостереження. З його збільшенням гострота зору падає також через те, що випромінювання більшості індикаторів має направлений характер, максимум інтенсивності якого співпадає з нормаллю в площині випромінювача. Максимальне значення кута спостереження, при якому забезпечується зчитування інформації з індикатора, називають кутом огляду.

До основних часових характеристикам зорового аналізатора відносять критичну частоту мигтіння і час адаптації. Критична частота мигтіння f_кчм- частота, при якій око перестає сприймати мигтіння зображення, що переривисто світиться. Критична частота мигтінь зростає із збільшенням яскравості і кутових розмірів мерехтливих елементів. Для зображень з яскравістю до декількох сотень кандел на квадратний метр частоту критичного мигтіння приймають рівною приблизно 50 Гц.

Середня (уявна) яскравість мерехтливого елементу L_vкаж, що сприймається оком, визначається законом Тальботта:

(2.19)

де L_v(t) — закон зміни яскравості в інтервалі часу свічення елементу (t₂—t₁); T — період повторення мерехтіння елементу.

Ч

Рис.2.5 Взаємозв’язок між кутовим і

лінійним розмірами зображення

ас адаптації — це час, необхідний для самонастройки чутливості зорового аналізатора при зміні яскравості об'єкту спостереження.

Величина часу темнової адаптації (перехід від світла до темноти) може складати десятки, а світловий (перехід від темноти до світла) — одиниці хвилин.

Пропускна спроможність оператора (ПСО) оцінюється кількістю інформації, що сприймається оператором за одиницю часу. При розпізнаванні букв і цифр ПСО 50…55 біт/с, при читанні - 30…40 біт/с, при складанні двох однозначних цифр - 12 біт/с. Отже, період оновлення інформації Т_онов залежить від складності інформаційної моделі і задач, які розв’язуються оператором при її сприйнятті.

Приклад

Визначити основні фотометричні вимоги, що пред'являються до інформаційного поля (ІП) ЗВІ, якщо інформаційна модель буквено-цифрова, матриця знаку точкова форматом 5х7, відстань до спостерігача L=500 мм, освітленість на робочій поверхні E_vп=1000 лк, коефіцієнт відбиття від зображення в інформаційному полі _іп=0,2, контраст прямий.

Визначення геометричних розмірів ІП і знаків. Кутовий розмір ІП по горизонталі _г виберемо відповідно до рекомендацій для буквено-цифрових ЗВІ рівним 50°. Ширину ІП визначимо відповідно до формули (2.17): B=2Ltg(_г/2)=2500tg25⁰=466 мм.

Вибираємо формат ІП k_ф=5/3. Висоту Н і ІП визначаємо відповідно до (2.1): Н=В/ k_ф 280 мм. Кутовий розмір знаку по вертикалі повинен бути в межах рекомендованого значення _{vэм в}= 27'_.

За формулою (2.18) одержимо h_э=4 мм. Ширину знаку визначимо, виходячи з розмірності матриці b_з = h_з5/7=2,9 мм. Відстань між знаками b_п і між текстовими рядками h_п виберемо відповідно до рекомендацій: b_п = 0,5 b_з=1,45 мм; h_n=h_з = 4 мм. Максимальну кількість знаків в текстовому рядку визначимо з наступного співвідношення: N_зтс=B/(b_з+b_п)=466/4,35 = 107 знаків. Максимальна кількість текстових рядків N_тр=H/(h_з+ h_n)= 280/8=35 рядків.

Визначення фотометричних параметрів ІП. При прямому контрасті (темне зображення на світлому фоні) яскравість об'єкту L_vo визначається зовнішнім засвіченням.

Відповідно до (2.10) одержимо L_vo=0,21000/=63 кд/м².

Відповідно до рекомендацій задаємо значення контрасту k_пр = 0,7. Необхідну яскравість фону одержимо, перетворивши у вираз (2.11):

L_vф=L _vо /(1—k_пр) = 210 кд/м².

Понизити вплив зовнішньої освітленості на ІП можна, застосовуючи затінюючі козирки, що зменшують світловий потік, падаючий на ІП, або спеціальні фільтри, що зменшують коефіцієнт відбиття _іп. Це зменшує значення L_v0 і L_vф, тобто вирівнює яскравості ІП по відношенню до яскравості зовнішніх предметів, що покращує умови адаптації зору.