4.3. Інженерно-психологічні вимоги до окремих видів зорової індикації.

1.3.  Інженерно-психологічні вимоги до окремих видів зорової індикації.

Важливою складовою діяльності оператора є етап приймання інформації про об'єкт управління. Головними психічними процесами, що забезпечують перебіг цього етапу, є процеси відчуття, сприймання, мислення та уяви. Приймання інфор­мації людиною-оператором необхідно розглядати як процес формування перцептивного образу, тобто суб'єктивного відоб­раження у свідомості людини властивостей об'єкта, що на неї діє. Психологічні дослідження розкрили структуру цьо­го процесу, який складається зі стадій знаходження, розріз­нення, впізнання. До того ж виділяють стадії становлення просторових компонентів самого перцептивного образу: ви­явлення об'єкта в просторі та оцінка його загальних про­порцій, відображення різких зсувів кривизни, глобально-адекватне відображення форми та стадія досягнення цілко­витої адекватності об'єкта.

Таблиця 1

Властивості сприймання:

- цілісність

- структурність

- константність

- усвідомленість

- предметність

- вибірковість

Перелічені властивості не є первинними, а формуються у процесі роз­витку людини, становлення її професійної майстерності, Що має суттєве значення для побудови інформаційних мо­делей. Фізіологічною основою формування перцептивного об­разу є робота аналізаторів, котрі складаються з трьох основ­них частин: рецептора, провідних нервових шляхів та цент­ральної частини кори головного мозку. Між рецептором і мозком існує прямий та зворотний зв'язок, тобто рецептор виконує функції як кодування, так і декодування інфор­мації.

Таблиця 2

Загальні характеристики ана­лізаторів:

- чутливість

- адаптивність

- вибірковість

Чутливість основних аналізаторів до дії фізичних та хі­мічних подразників є досить значною та різною і характе­ризується абсолютним, диференціальним та опера­тивним порогами.

Мінімальна сила подразника, що викликає ледь помітне адекватне відчуття, називається нижнім абсолютним порогом чутливості даного аналізатора, а максимальна — верхнім аб­солютним порогом чутливості. Подальше зростання сили подразника викликає вже больову реакцію.

Таблиця 3

Етапи процесу чуттєвого пізнання сигналу:

- подразнення як фізичний процес;

- збудження як фізіологічний процес;

- суб'єктивне відчуття стимулу як психологічний процес;

- судження про стимул як логічний процес.

За допомогою аналізаторів людина може не тільки відчу­вати той чи той сигнал, а й розрізняти його за інтенсивні­стю. Для цього вводиться поняття диференціального порога, який характеризується мінімальними відмінностями відчут­тів при відображенні інтенсивності двох подразників.

Адаптивність визначається можливостями зміни чутли­вості аналізатора при змінах умов його роботи. У процесі адаптації змінюються енергетичні, часові та просторові по­роги за рахунок того, що аналізатор є системою, яка само-налаштовується.

Вибірковість аналізатора виявляється у виборі певних подразників з усіх, що діють на той момент. Завдяки цьому є можливість формування адекватних відчуттів, що забезпе­чують досить високу стійкість до перешкод

Характеристика зорового аналізатора

Найбільша кількість інформації (близько 90 %) передається через зоровий аналізатор, адекватними подразниками для якого є світлова енергія, а рецептором — око. Зір дає змогу сприймати форму, яскравість, колір і рух об'єктів. Можливості зорового аналізатора визначаються його енергетичними, просторовими, часовими та інформа­ційними характеристиками (схема 1).

Схема 1

Енергетичні характеристики зорового аналізатора виз­начаються інтенсивністю сигналів, або яскравістю. Світло­вий потік, що падає на око людини, породжує певні зо­рові відчуття. Об'єкт краще виглядатиме або сприймати­меться, якщо він випромінюватиме певну кількість світла, тобто матиме певну яскравість, яка визначається за фор­мулою

де І— потужність світла, тобто світловий потік на одиницю тілесного кута, S— площа освітленої поверхні, а — кут зору, під яким розглядається ця поверхня.

Сама яскравість об'єкта визначає величину нервових ім­пульсів, що виникають на сітківці ока.

Яскравість об'єкта можна визначити за формулою

де  В_вип— яскравість випромінювання самого об'єкта, В_від — яскравість відображення об'єктом зовнішнього світла.

Яскравість випромінювання визначається потужністю та світловіддачею самого об'єкта.

Яскравість відображення об'єктом певного світлового потоку залежить від кольору та розташування поверхні об'єкта відносно ока людини

де Е — освітленість поверхні, лк; р — коефіцієнт кольоро­вого відображення поверхні.

Діапазон чутливості зорового аналізатора значний — від 10⁶до 10⁶ кд/м² (схема 2).

Контрастність між об’єктом і фоном теж зумовлює ефективність приймання інформації оператором. Розрізня­ють два види контрасту: прямий і зворотний. Кількісно коефіцієнт контрастності вираховується за такими форму­лами:

де В_ф — яскравість фону, В_об — яскравість об’єкта.

Схема 2

Яскравість різних об’єктів

Оптимальна величина коефіцієнта контрастності знахо­диться в межах 0,60…0,95.

Робота в прямому контрасті більш сприятлива, ніж у зво­ротному.

Але для забезпечення нормальної роботи оператора не­обхідно знати, як цей контраст сприймається в конкрет­них умовах. Для цього вводиться поняття порогового контрасту:

 де dВ_пор— порогова різниця яскравості, тобто мінімальна різ­ниця яскравості між об’єктом і фоном, яка відчувається оком.

Схема 3

Залежність порогової контрастності від яскравості й кутових розмірів об'єкта

До того ж величина порогового контрасту залежить від яскравості та розмірів об'єкта (кутові величини — а). Ха­рактер цих співвідношень зображений на схемі 3.

Аналіз наведених на схемі 3 даних свідчить, що об'єкти великих розмірів добре сприймаються і за менших кон­трастів.

Значний вплив на ефективність сприймання інформації має характер зовнішнього освітлення. Цей вплив буде іншим при роботі оператора з інформацією, що подається у прямому чи зворотному контрасті. Збільшення освітлен­ня за прямого контрасту поліпшує умови сприймання інформації, оскільки яскравість фону зростає більше, ніж яскравість об'єкта, а за зворотного контрасту — навпаки.

Засліплююча яскравість. Оператор сприймає інформацію різної інтенсивності, однак сигнали значної яскравості мо­жуть спричинити осліплення.

Засліплююча яскравість визначається розміром освітле­ної поверхні, яскравістю сигналу, а також рівнем адаптації ока:

де w — тілесний кут, під яким оператор бачить освітлену поверхню (в стерадіанах).

Значення засліплюючої яскравості при різних рівнях адаптації наведені в таблиці 4.

Таким чином, для створення нормальних умов зорового сприймання інформації необхідно забезпечити певну яск­равість і контрастність сигналів, а також рівномірність роз­поділу яскравостей у полі зору оператора.

Таблиця 4

Характеристики засліплюючої яскравості

Яскравість поля адаптації, кд/м2	Засліплююча яскравість, кд/м2	Яскравість поля адаптації, кд/м2	Засліплююча яскравіть, кд/м2
3,2 х 10-6	6,4 х 10	3,2 х 10	1.11 х 104
3,2 х 10-3	5,9 х 103	3,2 х 103	4,62 х 104
3,2 х 10-1	2,18 х 103	15,9 х 104	15,9 х 104

Відносна видимість. Око людини сприймає електромаг­нітні хвилі діапазону 380...760 нм. Але очі людини мають різну чутливість до різних хвиль. Найбільша чутливість — до хвиль в діапазоні 500...600 нм. Це — жовто-зелений колір. Залежність чутливості ока від довжини хвилі, тобто відчуття від подразника, характеризується коефіцієнтом відносної видимості К

де S_λ — відчуття, які виникають при дії подразника з дов­жиною хвилі λ, S_max— відчуття, що виникає при дії подраз­ника тієї ж потужності, але з довжиною хвилі 550 нм.

Ця залежність показана на схемі 4.

Із цієї залежності зрозуміло, що для забезпечення одна­кового зорового відчуття сигналів різного кольору необхід­но, наприклад, потужність синього випромінювання збіль­шити у 16,6 раза, а червоного — в 9,3 раза відносно жовто-зеленого кольору сигналів. Підвищення потужності сигналів можна забезпечити за рахунок яскравості, розміру сигналу та збільшення часу його сприймання.

Інформаційні характеристики зорового аналізатора зу­мовлені пропускною здатністю, що визначає кількість ін­формації, яку може сприйняти аналізатор за одиницю часу.

Якщо зоровий аналізатор уявити каналом зв'язку, кот­рий складається з ділянок різної пропускної здатності, то найбільша пропускна здатність — 5,6 х 10⁹ біт буде на рівні фоторецепторів (сітківки) ока, на рівні кори — 20...70 біт, а для діяльності в цілому (прийняття рішень та виконання керуючих дій людини) — 2...4 біти. Тому зоровий аналіза­тор порівнюють з інформаційною «лійкою» — на вході має місце значна кількість інформації, яка поступово змен­шується, досягаючи рівня прийняття рішення або рівня ре­акції.

Схема 4

Чутливість ока до хвиль різної довжини

Просторові характеристики зорового аналізатора залежать від гостроти зору, поля зору і обсягу сприймання. Гострота зору характеризується властивістю ока розрізнювати дрібні деталі об'єкта. Вона визначається величиною, еквівалентною тому мінімальному розмірові об'єкта, за якого він розріз­нюється оком. Розмір об'єкта виражається в кутових вели­чинах, котрі пов'язані з його лінійними розмірами таким співвідношенням:

Схема 5

Співвідношення лінійних і кутових розмірів об’єкта

Де l — відстань до об'єкта; h і а — відповідно лінійний і ку­товий розміри об'єкта (схема 5).

Нормальним вважається зір, при якому людина розрі­знює об’єкти величиною Г, що є одиницею гостроти зору, котра залежить від рівня освітлення об’єкта, відстані до нього та його положення відносно спостерігача.

Так, наприклад, якщо розглядати об’єкт під кутом 10°, гострота зору буде в 10 разів менша, а під кутом 30° — у 23 рази менша, ніж коли цей об’єкт знаходиться прямо перед спостерігачем.

Гострота зору характеризує абсолютний просторовий поріг зорового аналізатора. Оператор повинен працюва­ти на рівні оперативного порога, в якому кутовий розмір об’єкта буде не менший ніж 15’ — для об’єктів найпро­стішої форми, а для складних об’єктів цей розмір має бути в межах 30.. .40’. Це розмір знака та інших елементів зображення об’єкта, котрі мають зовнішні та внутрішні деталі.

Поле зору умовно поділяють на три зони:

- центральне поле = 4°, де повніше розрізняються всі деталі об’єкта;

- поле ясного бачення ~ 30°…35°, де не розрізняються малі деталі об’єкта;

- периферійне поле = 75°…90°, в якому об’єкт тільки вияв­ляється, але не розпізнається.

Об’єкти, що перебувають у периферійній зоні, можуть бути переміщені в іншу зону при простому повороті голови або русі очей.

Обсяг сприймання характеризується кількістю об’єктів, які охоплює людина за одну фіксацію ока, тобто за симуль­танного сприймання. Доведено, що за одну фіксацію людина може охопити 4—8 не пов’язаних між собою об’єктів. Було експериментально доведено, що в зоровому об­разі відображається значна кількість об’єктів, але відтво­рюється їх значно менше, і цей процес залежить від обсягу пам’яті, тобто при визначенні цього параметра потрібно враховувати не стільки характеристики сприймання, скіль­ки характеристики короткочасної пам’яті, зокрема обсяг зберігання та відтворення інформації.

Часові характеристики зорового аналізатора визначають­ся часом та його складовими, необхідними для виникнення зорового відчуття і сприймання потрібної інформації в пев­них умовах роботи оператора.

Латентний період — це час до виникнення відчуття з початку подавання сигналу. Залежить він від потужності од.­разника, його значущості, складності роботи і віку операто­ра, його індивідуально-типологічних характеристик. У се­редньому для людини він становить 150…240 млс.

Тривалість інерції відчуття залежить не тільки від харак­теристик сигналу (яскравості, кутових розмірів), а й від того, яким буде наступний сигнал, тобто наскільки він зможе «за­гасити» дію попереднього сигналу. В цей час виникають так звані «послідовні образи», які мають різні характерис­тики (за кольором і розміром) і в певній послідовності змі­нюють один одного.

Критична частота мерехтіння (КЧМ) — це частота, за якої відбувається злиття поточних образів подразників у єдиний образ об'єкта, тобто окремі проблиски сигналу сприймаються сукупно. КЧМ залежить від яскравості і спектрального складу сигналу, його розмірів та конфігурації знаків (рис. 9).

Залежність КЧМ від яскравості об'єкта підпорядкована основному психофізіологічному законові,

де а і с — константи, які залежать від розміру і конфігурації знака, а також від спектрального складу сигналу.

В нормальних умовах спостереження КЧМ становить 15...25 Гц, при втомі вона знижується. Якщо мерехтіння за­стосовується для кодування інформації (привертання уваги оператора), треба мати на увазі, що зорова втома буде най­меншою за частоти 3—8 Гц.

Час адаптації. Чутливість зорового аналізатора може змі­нюватися в 10^х разів. Є дві форми адаптації:

- темнова, при переході від світла до темряви;

- світлова, при переході від темряви до світла.

Час адаптації залежить від її форми і становить десятки хвилин при темновій та хвилини або частки хвилини при світловій.

Тривалість інформаційного пошуку. Значну роль у процесі сприймання сигналу та об'єктів відіграють рухи очей. Це дає змогу розглядати сприймання як дію, спрямовану на пошук джерела сигналу та обстеження об'єкта для побудови його образу.

Рухи очей поділяються на дві групи:

- пошукові, настановчі;

- гностичні, пізнавальні.

Для деяких видів операторської діяльності процес сприй­мання інформації зводиться до інформаційного пошуку сигналу або об'єкта з заданими ознаками. Такими ознака­ми можуть бути: світіння об'єкта, мерехтіння сигналу, ко­лір або форма об'єкта, положення стрілки на приладі тощо. Завдання оператора полягає у знаходженні необхідного сигналу за допомогою руху очей і встановлення їх у по­трібну позицію.

Загальний час інформаційного пошуку визначається за формулою

де t_и — час переміщення погляду, t_фі — час фіксації погляду, п — кількість фіксацій або кроків пошуку, t_п залежить від відстані переміщення погляду, тобто від кута, на який «ся­гає» око, а t_ф — від властивостей інформаційного поля, складності його елементів, індивідуально-психологічних вла­стивостей людини та професійної підготовки оператора.

В той же час для певних завдань і стабільного інформа­ційного поля ця характеристика відносно постійна (табл. 6).

Таблиця 6

Середня тривалість фіксації погляду при вирішенні завдань інформаційного пошуку

Завдання	tф , см.
Пошук сигналу на екрані РЛС	370
Читання літери або цифри	310
Пошук умовних знаків	300
Пошук простих (звичайних) геометричних  фігур	200
Фіксація мерехтіння індикатора	280
Знаходження певного умовного знака	640
Наведения на ціль при бомбардуванні	1200

В багатьох експериментальних дослідженнях [16; 17; 44; 45; 132; 146] було виявлено, що час переміщення погляду становить усього 5% часу інформаційного пошуку, і якщо цю складову не враховувати, то середнє значення тривалості інформаційного пошуку буде дорівнювати

де n— математичне очікування кількості зорових фіксацій або кроків пошуку об'єкта з заданими властивостями.

На базі згаданих експериментальних досліджень була побудована математична модель інформаційного пошуку [100; 132]:

де N — загальна кількість елементів інформаційного пошу­ку, М — кількість елементів із заданими властивостями, а — обсяг зорового сприймання в просторовій зоні розміром 10° (оперативне поле сприймання) з урахуванням обсягу опера­тивної пам'яті.

Ця модель дає змогу підрахувати кількість елементів ін­формаційного поля або каналів зв'язку, або сигналів, за яки­ми може стежити оператор, і встановити в їхній роботі певні відхилення за відведений час:

Значну роль у сприйманні інформації відіграють рухи очей. Вони поділяються на два основні класи: пошукові та гностичні.

Запитання:

1. Загальні характеристики аналізаторів.

2. Етапи процесу чуттєвого пізнання сигналу.

3. Основні характеристики зорового аналізатора..

4. Чим зумовлені інформаційні характеристики зорового аналізатора.

5. Від чого залежать просторові характеристики зорового аналізатора.

6. Чим визначаються часові характеристики зорового аналізатора.

7. Які є дві форми адаптації зорового аналізатора?

Література:

1. Душков Б.А., Королев А.В., Смирнов Б.А. Основы инженерной психологии: Учебник для студентов вузов. – М., 2002.

2. Продайко В.М., Учитель І.Б. Інженерна психологія. Частина 1. Вступ до інженерної психології: Навч. посібник. – Дніпропетровськ: НМетАУ, 2008.

3. Психология труда, профессиональной, информационной и организационной деятельности. Словарь / Авторы-составители: Б.А. Душков, А.В. Королев, Б.А. Смирнов. – М., 2003.

4. http://www.twirpx.com/file/62597/?rand=6257612

Матейко Микола Омелянович