Тема 4. Оптимизация функционирования зрительного анализатора

Видимость стимула зависит от:

1. яркости;

2. контраста;

3. цвета;

4. локализации в поле зрения.

Яркость стимула определяется интенсивностью излучения и яркостью отражения (уровень освещенности поверхности и ее отражающие свойства) Отражающие свойства тесно связаны с цветом. Так максимальное отражение обеспечивает белый цвет (его коэффициент отражения близок к 0,9, а минимальное – черный, его коэффициент отражения близок к единице (0,07).

Цепочка отражающих качеств цвета может быть представлена следующей последовательностью: белый→желтый →зеленый →серый →зеленый →синий→коричневый→черный. Наибольшими отражающими свойствами обладает белый цвет (коэффициент отражения 0,9), а наименьшими – черный (коэффициент отражения 0,07). На рисунке (3) приведена последовательность ряда цветовых гамм по их отражательным свойствам.

Рис 3. Отражающие свойства цвета

Основное требование к яркости состоит в том, что яркости стимулов должны быть равномерными, их перепады не должны превышать отношения 1 к 30.

Контраст – основное условие различения. Он делится на прямой и обратный.

• Прямой контраст: фон ярче предмета.

• Обратный контраст: предмет ярче фона.

Прямой контраст более благоприятен в светлое время суток. Обратный – ночью.

Как вычисляется контраст (К)?

Яф – яркость фона;

Яп – яркость предмета.

Оптимальный контраст = 0,6 – 0,9 нит.

Цвет – один из важнейших факторов организации безопасности. Он используется в следующих целях:

• Применение цвета как способа кодирования информации. Например, красный цвет возбуждает нервную систему, и именно поэтому, сигнал опасности – красный. Желтый цвет активизирует деятельность нервной системы, поэтому оптимально применять его в качестве предупредительной информации. Тем более, что наиболее видимая часть спектра – желто-зеленый диапазон. Не случайно именно эту цветовую гамму применяют в спецодежде автоинспекции, в верхней одежде и на ранцах школьников для предупреждения ДТП (дорожно-транспортных происшествий) и т.д.

Пример использования цвета, как сигнала опасности и предупреждения представлен на рисунке (4).

Рис. 4. Предупреждение об опасности

• Применение цвета как средства психологического воздействия. В частности, красный цвет оказывает возбуждающее действие на психику оператора. Фиолетовая часть спектра угнетает¹.

Теплые тона (красный, оранжевый, желтый) вызывают ощущение тепла, бодрости, замедления течения времени, повышают точность считывания показаний с приборов, кроме цифр 4 и 7 (они лучше распознаются на холодном фоне). Вегетативные сдвиги и изменения психических функций менее выражены.

Холодные тона (синий, зеленый, фиолетовый) вызывают ощущение покоя, холода. Предметы и поверхности кажутся меньше.

Одновременное использование теплых и холодных тонов может вызывает диссонанс, растерянность, беспокойство.

Светлые тона – ощущение легкости, свободы (производственные помещения лучше окрашивать в светлые тона).

Темные тона вызывают чувство подавленности, беспокойства.

Цветовое оформление помещения. Не рекомендуются однотонные окраски (утомляют зрение, монотонны). Цвет должен соответствовать функциям помещения (например, при высоких температурах воздуха помещение лучше окрашивать в холодные тона).

• Применение цвета в целях эстетического оформления. В частности исследовании выявили, что в эстетически оформленных помещениях травматизм меньше, дисциплина лучше, удовлетворенность и производительность работников выше.²

Глаз человека воспринимает электромагнитные волны, лежащие в диапазоне 380 – 760 nm (нанометров). Однако, чувствительность глаза к волнам различной длины неодинакова. Наибольшую чувствительность глаз имеет по отношению к волнам, лежащим в середине спектра видимого света (500 –  600 nm). Этот диапазон соответствует излучению желто-зеленого цвета. На рисунке (5) ниже приведена зависимость видимости стимула от длины световой волны.

Рис. 5. Кривая относительной видимости глаза

Фиолетовый	Синий	Голубой	Зеленый	Желтый	Оранжевый	Красный

400 450 500 550 600 650 700 λ nM. (длина волны в нанометрах)

Локализация в поле зрения. Рецепторы зрительного анализатора расположены на сетчатке глаза неравномерно. В месте вхождения зрительного нерва расположено так называемое «слепое пятно». Попадание стимула в эту зону не обеспечивает возникновение образа. Вокруг слепого пятна наиболее чувствительные зоны сетчатки. Периферия сетчатки меньше всего содержит чувствительных палочек и колбочек. Значимая информация должна подаваться так, чтобы она попадала на наиболее чувствительные участки рецепторной поверхности, и ни в коем случае –на слепое пятно.

На рисунке изображен орган зрения (6)

Рис. 6. Рецепторный отдел зрительного анализатора

3, 11 – сетчатка глаза

9 – слепое пятно

10 – зрительный нерв

Поле зрения условно имеет три зоны:

1. Центральное зрение ( ~2°), где возможно наиболее четкое различие деталей;

2. Ясного видения (30 – 35°), где при неподвижном глазе можно опознать предмет без различения мелких деталей;

3. Периферическое зрения (75 – 90°), где предметы уже не опознаются, но обнаруживаются.

При конструировании приборов должны быть учтены закономерности зрительного восприятия, такие его свойства, как:

1. Целостность.

2. Константность – относительная независимость образа восприятия от условий восприятия.

3. Структурность – ряд закономерностей, на основе которых фигура выделяется из фона:

• Закон сходства. Сходные фигуры воспринимаются как целое, как фигура.

• Закон близости.

• Закон замкнутости.

• Закон хорошей линии.

4. Активность (включенность в акт восприятия моторики).

5. Установка восприятия (апперцепция). Это зависимость образов, воспринимаемых в настоящем, от образов, воспринимаемых в прошлом.

Требования к шкалам и циферблатам, вытекающие из закономерностей зрительного восприятия:

1. Шкалы должны быть равномерно разбиты, так как восприятие у нас целостное.

2. Возрастать должны в направлении часовой стрелки (что соответствует опыту).

3. Указатели не должны перекрывать цифру.

4. Расстояние между делениями и кончиком стрелки должно быть минимально, не более 1,5 мм (чтобы стрелка и деление создавали целостную структуру).

5. Форма стрелки лучше клиновидная.

6. Кончик стрелки должен быть такой же ширины как самое маленькое деление и должен быть окрашен в тот же цвет (обеспечивая целостность).

7. Перегрузочные диапазоны кодируются цветом или формой.

8. Расстояние между соседними делениями при прямом контрасте должно быть не меньше отметки одной ширины. При обратном контрасте не меньше 2-х отметок ширины.

9. Толщина линии цифр и букв при прямом контрасте должна соответствовать 1/6 высоты знака. При обратном контрасте должна соответствовать 1/10 – 1/13.

10. Интервалы между знаками должны соответствовать 0,5 – 1 ширины знака.

11. Отношение ширины знака к высоте: 3 к 5, или 2 к 3 (на шкалах). На счетчике: 2 к 3 или 1 к 1.

12. Наиболее удобны для чтения десятичные модули (они обладают достаточной информативностью и согласуются с опытом восприятия).

13. Цифры циферблатного счетчика должны появляться в вертикальном положении, не менее 2х цифр одновременно.

14. Цифры в барабанных счетчиках должны сменять друг друга не быстрее, чем 2 раза в 1 секунду. Возрастание чисел должно быть направлено вверх.

15. Сохранять максимально допустимую контрастность.

Несмотря на достаточную изученность оптимальных характеристик шкал, в реальности некоторые требования либо игнорируются, либо не отвечают требованиям задачи. Ниже приводится пример (7) организации циферблата (и шкалы).

Рис. 7. Пример циферблатов

На рисунке (7) показан секундомер. Примененная на нем шкала противоречит некоторым требованиям и трудна для чтения, но зато обеспечивает точную фиксацию коротких временных промежутков.