Сенсорные системы человека-оператора

1. Обнаружение – наблюдатель выделяет объект из фона, но еще не может судить о его форме и признаках. Различение – наблюдатель способен раздельно воспринимать два объекта, расположенных рядом, выделять детали, признаки объектов. Идентификация –наблюдатель отождествляет объект с эталоном, хранящимся в памяти (или отождествляет два одновременно воспринимаемых объекта). Опознание – наблюдатель выделяет существенные признаки объекта и относит его к определенному классу.

2. На стадии обнаружения наблюдатель выделяет объект из фона, не может судить о его форме и признаках, а на стадии различение наблюдатель уже может выделить детали, признаки объектов, а также может воспринимать два находящихся рядом объекта. На стадии идентификации наблюдатель как бы сравнивает объект с эталоном, а на стадии опознания на основании полученных признаков объекта, выделяет из них существенные и относит объект к опред классу, классифицирует его.

3. Предметность восприятия – способность относить создаваемые образы к реальным предметам и явлениям материального мира. Целостность восприятия – восприятие не сведено к сумме отдельных ощущений и возникает в результате анализа и синтеза поступающих сигналов. Контактность восприятия – относительное постоянство воспринимаемых свойств предметов или изменение условий восприятия. Избирательность восприятия – из множества предметов и явлений, воздействующих в данный момент, человек останавливает внимание лишь на определенных. Осмысленность восприятия – способность человека отнести воспринятый предмет к определенному классу.

4. Анализатор – анатомо-физиологический аппарат, специализированный для приема и первичного анализа воздействий определенных раздражителей (сигналов) от внешней и внутренней среды, посредством которого осуществляется их анализ. Анализатор состоит из собственно рецептора, т. е. периферической части, воспринимающей воздействие; мозгового центра, находящегося в больших полушариях головного мозга; проводящих нервных путей, соединяющих рецептор с мозговым центром.

Основной функцией рецептора является превращение энергии воздействующего раздражителя в реакцию нервной системы, передаваемую в мозговой центр. Входы рецепторов разных анализаторов приспособлены к приему сигналов определенной модальности (вида), на их выходе – электрическая форма сигналов в виде нервных импульсов. Рецепторы – устройства для кодирования инфы об анализируемых воздействиях. Проводящие нервные пути осуществляют передачу нервных импульсов в кору головного мозга, где они подвергаются определенной обработке. Мозговой центр – часть головного мозга, отвечающая за прием инфы от соответствующего анализатора.

5. Диапазон восприятия определяется интервалом от минимальной до максимальной адекватно ощущаемой величины воздействия. Адаптивность анализатора – способность изменять диапазон восприятия в соответствии с условиями работы анализатора. Адаптивность характеризуется величиной изменения чувствительности и временем, в течение которого изменения осуществляются. Эти параметры различны для различных анализаторов. Избирательность заключается в способности анализатора из множества сигналов в каждый момент времени выделять лишь определенные. Избирательность является условием формирования адекватных ощущений и обеспечивает высокую помехоустойчивость анализаторов. Нижний абсолютный порог восприятия – минимальная величина раздражителя, вызывающая едва заметное ощущение. Верхний абсолютный порог восприятия – максимальная величина раздражителя, еще вызывающая адекватное ощущение. Дифференциальный порог восприятия – минимальная величина различия между двумя раздражителями или состояниями одного раздражителя, вызывающая едва заметное различие ощущений. Число различимых градаций – число едва различимых друг от друга ощущений, укладывающееся в диапазоне восприятия. Оперативный порог различения – наименьшая величина различия между раздражителями, при которой точность и скорость различения достигают максимума. Оперативный порог обычно в 10÷15 раз больше дифференциального.

6. Это зависимость между интенсивностью ощущения и интенсивностью сигнала – закон Вебера-Фехнера: S=K*lnI+C, где S-интенсивность ощущения, C-константа.

7. Минимальная величина различия между двумя раздражителями или состояниями одного раздражителя, вызывающая едва заметное различие ощущений: ∆I/I=K=const, где ∆I-величина дифференциального порога, I-исходная величина раздражителя, K-константа.

8. Интенсивность должна соответствовать средним значениям диапазона восприятия, для которого обеспечивается наиболее оптимальные условия приема и переработки информации; при необходимости слежение за изменениями сигналов, сравнение их между собой по интенсивности, длительности, пространственному положению. Различия в интенсивности должны превышать оперативный порог различия; перепады интенсивности между воздействиями не должны значительно превышать оперативный порог; расположение наиболее важных и ответственных сигналов в тех зонах сенсорного поля, которые соответствуют участкам рецепторной поверхности с наибольшей чувствительностью.

9. Анализатор – анатомо-физиологический аппарат, специализированный для приема и первичного анализа воздействий определенных раздражителей (сигналов) от внешней и внутренней среды, посредством которого осуществляется их анализ. Анализатор состоит из собственно рецептора, т. е. периферической части, воспринимающей воздействие; мозгового центра, находящегося в больших полушариях головного мозга; проводящих нервных путей, соединяющих рецептор с мозговым центром. Внешние анализаторы: зрительный, слуховой, тактильный, болевой, температурный, обонятельный, вкусовой. Внутренние анализаторы: артериального давления, парциального давления кислорода, температуры, вестибулярный и кинестетический анализаторы.

10. Внешние анализаторы: зрительный, слуховой, тактильный, болевой, температурный, обонятельный, вкусовой. Внутренние анализаторы: артериального давления, парциального давления кислорода, температуры, вестибулярный и кинестетический анализаторы.

11. Латентный период – промежуток времени от момента подачи воздействия до момента возникновения ощущения. Латентный период зависит от условий зрения, его значимости для человека, сложности его работы, возраста, индивидуальных особенностей и в среднем он составляет 160240 мс. Время действия стимула не должно быть меньше латентного периода, чтобы предмет воспринимался без искажений. Для анализатора большое значение имеет свойство зрительной адаптации – повышение или понижение чувствительности в условиях изменения освещенности. В процессе адаптации чувствительность анализаторов изменяется до 10⁸ раз. Различают две формы адаптации: темповую – при переходе от света к темноте, световую – при обратном переходе. Время полной темповой адаптации 30 мин и более. Световая адаптация длится от нескольких секунд до 1 мин.

12. Элементы информационного поля должны быть расположены так, чтобы в объем фиксации, ограниченный зоной 10⁰, попадало не более чем 4-6 объектов; необходимо уменьшать объем поля, не допуская в нем ненужных объектов; искомые элементы выделять так, чтобы обеспечить наименьшее время фиксации, например, помечая их другим цветом и т. д.

13. Энергетические показатели – диапазон воспринимаемых яркостей, контраст, цветоощущение, слепящая яркость. Пространственные показатели – острота зрения, поле зрения, объем восприятия. Временные показатели – латентный период реакции, минимальная длительность стимула, необходимая для возникновения зрительного ощущения, критическая частота мельканий, время адаптации.

14. Яркость предмета: В=I/Scosα, I-сила света, S-площадь светящейся поверхности, α-угол, под которым рассматривается поверхность. Яркость предмета определяется двумя составляющими – яркость излучения и яркость отражения: В=В_изл+В_отр. где В_изл определяется мощностью источника света и его светоотдачей, а В_отр=Eρ/π – уровнем освещенности данной поверхности и ее отражающими свойствами, E – освещенность поверхности, лк; ρ – коэффициент отражения поверхности, во многом определяемый цветом поверхности. Адаптирующая яркость – яркость на которую адаптирован в данный момент времени зрительный анализатор.

Контраст К характеризует различимость предмета с яркостью B_Пр на внешнем фоне, имеющем яркость B_ВФ. Оптимальная величина контраста К=B_Пр/B_ВФ = 0,600,95. Различают прямой (предмет темнее фона) и обратный (предмет ярче фона) контрасты. Для оценки контраста в конкретных условиях наблюдения вводится понятие порогового контраста К_пор=dB_пор/B_ф, где dB_пор – пороговая разность яркости, т. е. минимальная разность яркости предмета и фона. Цветовая чувствительность это св-во отражает способность различать спектральный состав состав этого излучения. Цветовая чувствительность появляется при достаточном уровне освещенности глаз (граничная яркость поля составляет 0,00616 кд/м²), когда в процессе зрительного восприятия кроме палочкового аппарата включается и колбочковый. Границы цветоощущения по длине волны излучения составляют З20720 мкм, а наибольшая чувствительность достигается в диапазоне 500600 мкм. Дифференциальный порог цветовой чувствительности весьма мал; человек может различать изменения цвета, соответствующие изменению длины волны излучения на 1 мкм. Относительная видность K_λ характеризует чувствительность глаза к различным участкам спектра: K_λ=S_λ/S, где S – ощущение, вызванное источником излучения длиной 550 км; S_λ – ощущение, вызванное источником той же мощности длиной λ.

15. На яркость влияет сила света, площадь светящейся поверхности, угол, под которым рассматривается поверхность, мощность источника света и его светоотдача, коэффициент отражения поверхности. На контраст влияет яркость предмета и яркость внешнего фона. Цветовая чувствительность зависит от освещенности глаз, а световая – от освещенности предмета.

16. Пропускная способность является функцией многих факторов: типа задачи, степени участия оператора в работе системы, объема выводимой информации, длины алфавита, яркости, контрастности и размеров символов и т. д. Наибольшая пропускная способность у ЗА на уровне фоторецепторов (сетчатки) ~5,6*10⁹ дв. ед/с; на корковом уровне ~ 20,7 дв. ед/с, а с учётом ответных реакций человека она составляет 24 дв. ед./с. Для случая считывания информации при равной вероятности поступлении любых символов: , где n-число правильно опознанных символов, N-длина алфавита символов, - количество инфы, получаемое оператором при распознавании одного символа.

17. Постоянное энергетическое воздействие на ЗА, особенно в условиях необходимости анализа информации, поступающей с устройств отображения, приводит к явлению зрительного утомления. Характерной особенностью этого состояния является неравномерное изменение различных сторон работы ЗА. Одни показатели при этом ухудшаются, другие остаются без изменений, а некоторые могут даже улучшаться. Анализ показывает, что ход утомления зависит от того, на какую из функций зрительного анализатора падает максимальная нагрузка.

18. Критическая частота мельканий (КЧМ) – минимальная частота проблесков, при которой возникает их слитное восприятие. Зависит от яркости, размеров, конфигурации предметов. При обычных условиях наблюдения КЧМ равна 15÷25 Гц; при зрительном утомлении она уменьшается. Подчиняется основному психофизическому закону: f_Кр=algB+C, где а и C – константы, зависящие от размеров и спектрального состава излучения мелькающего изображения; B – интенсивность проблеска.

19. КЧМ зависит от яркости, размеров, конфигурации предметов, от состояния зрительного анализатора.

20. Оно определяется по величине того пространства, которое может видеть неподвижный глаз. В поле зрения различают: зону центрального видения, зону ясного видения, зону периферического зрении. Поле бинокулярного зрения является производной полей зрения обоих глаз.

21. Поле бинокулярного зрения является производным полей зрения обоих глаз. Состоит из участка, видимого двумя глазами одновременно, и участков в периферической области, входящих в поле зрения только одного глаза. Область перекрытия полей является областью наиболее ясного видения. Размер зависит от функционального состояния анализатора и индивидуальных особенностей человека.

22. Поисковые движения осуществляют поиск заданного предмета, установку глаз в исходную позицию, корректировку этой позиции. Гностические движения обеспечивают участие глаз в обследовании предмета наблюдения. Основную информацию глаз получает во время фиксации положения. В опытах по стабилизации изображения на сетчатке через 2÷3 с было показано, что после его стабилизации человек прекращал видеть предметы. Поэтому процесс опознания представляет собой серию скачков и фиксаций глаза. Продолжительность скачка – 0,025 с, а продолжительность фиксации в среднем составляет 0,25÷0,65 с и более. Общее время фиксации составляет 90÷95 % от времени зрительного восприятия.

23. Движения глаз подразделяют на поисковые (установочные) и гностические (познавательные). Поисковые движения осуществляют поиск заданного предмета, установку глаз в исходную позицию, корректировку этой позиции. Время поиска зависит от угла перемещения взора, угловых размеров и яркости предметов. К гностическим движениям относятся движения, обеспечивающие участие глаз в обследовании предмета наблюдения.

24. Хар-ки: Острота зрения, поле зрения, объем зрительного восприятия. Острота зрения определяется способностью к раздельному различению двух максимально приближенных точек; измеряется в угловых минутах. Поле зрения определяется по величине того пространства, которое может видеть неподвижный глаз. Объем зрительного восприятия характеризуется количеством предметов, воспринятых в течение одной зрительной фиксации.

25. Определяется способностью к раздельному различению двух максимально приближенных точек; измеряется в угловых минутах. Острота зрения зависит от уровня освещенности, расстояния до предмета, его положения относительно наблюдателя, возраста, состояния, в частности утомления. Острота зрения характеризует нижний абсолютный порог восприятия, который равен 1 угл. мин.

26. Линейный размер предмета связан с угловым и его размерами соотношением h=2l tg(a/2), где h и а соответственно линейный и угловой размеры предмета, l – расстояние то предмета до наблюдателя. Минимально допустимые размеры элементов на уровне оперативного порога: не менее 15 угл. мин. для простых предметов и 30-40 угл. мин. для сложных предметов. При малых освещенностях острота зрения сильно понижается, так при 0,01-0,02 лк она составляет 0,05-0,1, т. е. приближается к предельному значению даже для крупных предметов.

27. Звук как физический стимул характеризуется интенсивностью, частотой и формой звуковой волны. В слуховом ощущении им соответствуют следующие параметры: громкость, высота и тембр звука. Хар-ки слухового анализатора: Диапазон слухового восприятия очень широк – от 2·10^-4 до 2·10^-2 дин/см²; интенсивность звука принято выражать в логарифмических единицах по отношению к уровню пороговой чувствительности I₀=2 10^-4 дин/см. Такой единицей является децибел (дб), поэтому значение интенсивности звука в (дБ): L= 10lg I/I₀, где I – величина измеряемого звукового давления; Диапазон частот, воспринимаемый ухом – 1620000 Гц; наибольшая чувствительность находится в диапазоне средних частот – 10004000 Гц, что соответствует области речи человека; Нижний абсолютный порог слухового восприятия соответствует интенсивности звука (дБ), обнаруживаемого с вероятностью 0,5; верхний порог интенсивности соответствует воздействию, при котором возникают болевые ощущения. Громкость – субъективное ощущение интенсивности звука, измеряется в фонах. Дифференциальный порог слухового ощущения по интенсивности в пределах среднего участка диапазона восприятия составляет 0,1 от исходной интенсивности, а по частоте (в пределах 60÷2000 Гц) при интенсивности выше 30 дБ составляет 2÷3 Гц. Для звуков выше 2000 Гц величина дифференциального порога по частоте растет пропорционально частоте.

28. Диапазон слухового восприятия: от 2▪10^-4 до 2▪10^-2 дин/см². Интенсивность звука выражается в логарифмических единицах по отношению к уровню пороговой чувствительности I₀=2▪10^-4 дин/см: Такой единицей является дБ децибел, поэтому интенсивность измерения звука: L=10lgI/I₀, где I – величина измеряемого звукового давления.

29. Нижний абсолютный порог соответствует интенсивности звука, обнаруживаемого с вероятностью 0,5. Верхний порог соответствует воздействию, при котором возникают болевые ощущения. Громкость – субъективный ощущение интенсивности звука, измеряется в фонах. Дифференциальный порог слухового анализатора по интенсивности в пределах среднего участка диапазона восприятия – 0,1 от исходной интенсивности.

30. Слуховой анализатор обеспечивает возможность определения пространственного положения источника звука, т. е. расстояния и направления относительно человека. На коротких дистанциях до 1 м точность определения расстояния достигает десятков сантиметров, а на дистанциях до 3 м точность возрастает вдвое, но на дистанции выше 4 м точность снова уменьшается. На оценку расстояния влияют движение источника звука, изменение громкости и тембр. Точность определения направления зависит также от частоты звука. Дня низких частот до 800 Гц пространственный порог различения в горизонтальной плоскости равен 1011°, с увеличением частоты до 3000 Гц порог возрастает и приближается к 2022 , а затем снова уменьшается. Точность определения направления в горизонтальной плоскости выше, чем в вертикальной; правое направление определяется точнее, чем левое.

31. Временной порог чувствительности зависит от интенсивности и частоты звука; с их увеличением порог сокращается. Нижний временной порог обнаружения звука при интенсивности больше 30 дБ и частоте больше 1000 Гц равен 1 мс, а нижний порог опознавания звука, определяемый длительностью звука, при которой оценивается качество звука, равен 2050 мс.

32. Речь наиболее эффективное средство передачи информации, ее обсуждения, в ходе которого принимаются решения, передачи команд исполнителям. При речевом общении общий диапазон звукового воздействия 60-100дБ, диапазон изменения частоты 200-3500Гц. Интенсивность речи не должна превышать 40 дБ; интенсивность речи должна превышать интенсивность шума на 6 дБ и более; целесообразно использовать двух- или трехсложные слова, а длина фразы не должна превышать 10-11 слов; темп речи должен соответствовать оптимальному – 120 слов/мин.

33. Взаимодействие анализаторов связано с изменениями функционального состояния одного анализатора под влиянием раздражителей, воздействующих на другой анализатор. Для зрительного анализатора: во время слуховых раздражений, например звуками частотой около 800 и 2000 Гц или шумами средней и большой громкости, световая чувствительность палочкового аппарата снижается. После прекращения слухового раздражения чувствительность периферического зрения оказывается обычно повышенной. Разнообразны влияния обонятельных и вкусовых раздражений на характеристики зрительного анализатора. Субъективно привычные для человека раздражения оказывают стимулирующее действие. Повышение тона звукового раздражителя повышает осветление видимого цвета, а при понижении тона фиксируется потемнение этого цвета. Различительная чувствительность глаза в значительной мере зависит от характера светового раздражителя, падающего на другой глаз. Раздражение одного глаза тем или иным цветом вызывает в другом глазу повышение КЧМ по преимуществу для дополнительного цвета. Острота зрения при раздражении другого глаза и воздействии звука возрастает при различении черных объектов на белом фоне, при обратном соотношении фона и теста наблюдается снижение остроты зрения. Под влиянием шумов и звуков происходит изменение границ цветовых полей зрения; для зеленого и синего цветов они расширяются, а для оранжево-красного цвета – суживаются. Громкость слышимого звука может заметно возрастать при одновременном световом раздражении. в условиях зеленого освещения слуховая чувствительность возрастает, а при красном освещении – падает. Установлено повышение слуховой чувствительности под воздействием запахов, ухудшение слышимости звуков во время тактильного раздражения руки. От наличия тех или иных зрительных раздражений может сильно меняться способность к локализации слышимых звуков. Звук обнаруживает тенденцию субъективно сдвигаться в сторону одновременного с ним светового раздражителя, особенно, если источник света и звука один и тот же. Способность человека к разнообразию значительно возрастает, если в этом процессе будет включено несколько анализаторов, воспринимающих все или большинство наиболее информативных св-в объектов.

34. (см. 33)

35. Многочисленные функциональные взаимосвязи между разными органами чувств проявляются не только в изменении ощущений одного вида чувствительности под действием раздражения другого анализатора, но и в появлении под воздействием одного раздражителя таких ощущений и представлений, которые относятся по своему качеству к другим типам анализаторов, так называемых синестезий (соощущений).

36. Фотизмы – если в ответ на то или иное раздражение возникают не соответствующие его качеству зрительные образы. Хроматизмы – когда образы окрашены. Фонизмы – если синестетические образы носят слуховой характер.