книги из ГПНТБ / Рубахин, В. Ф. Психологические основы обработки первичной информации

рованную к зелено-красным цветам, а при печати с цветной (трех­ слойной) аэропленки и GH-23 •— трехслойную фотобумагу типа «Фотоцвет». Исследования проводились применительно к инже­ нерно-геологическому дешифрированию. По большинству ком­ понентов ландшафта во все сезоны года более высокие результаты дешифрирования были получены по спектрозональным аэросним­ кам СН-2м на фотобумаге СБ-2 с преобладанием зеленоватоголубых цветов.

В [266] исследовалась дешифрируемость топографических объектов на раннеосенних аэроснимках, полученных с аэропленок СН-2м, СН-5 и ЦН-3 на фотобумаге шести типов: СБ-2* Ф-1,

С-2, ЦБ-1, Fomacdor (ЧССР) и Kodac paper (США). Оказалось,

что для целей топографического дешифрирования в указанных условиях наиболее эффективны системы: СН-2м—Ф-1, ЦБ-1, СБ-2 (для малых деталей), ЦН-3—Ф-2, ЦБ-1.

В целом к основным особенностям восприятия цветных аэро­ фотоизображений можно отнести:

а) активное использование дополнительных параметров объ­ ектов (цветовой тон, его насыщенность, светлота, цветовой кон­ траст), заметно увеличивающих арсенал дешифровочных призна­ ков и нередко выполняющих индикаторную роль по отношению к другим признакам;

б) использование комплексных дешифровочных признаков — цветовой структуры аэрофотоизображения;

в) легкость восприятия цветных изображений по сравнению с черно-белыми, за счет непосредственной дифференцировки цве­ товой структуры'на отдельные «блоки»;

г) более высокую чувствительность восприятия цветовых тонов; д) меньшую утомляемость зрительного анализатора при ра­

боте со снимками, с естественной передачей цветов;* е) известное сокращение времени опознания и обработки

дешифровочной информации.

Многочисленные исследования показывают, что общее повы­ шение дешифрируемости естественных и искусственных объектов на цветных (трехслойных) и особенно на спектрозональных аэро­ снимках связано, с одной стороны, с избирательным отражением и дифференцировкой объектов, отличающихся по яркости в опреде­ ленных зонах спектра, а с другой — с рассмотренными выше психофизиологическими особенностями цветового восприятия.

Цветные (трехслойные) и спектрозональные аэроснимки обла­ дают и определенными недостатками, к которым относятся: низкая светочувствительность и пониженная разрешающая спо­ собность; известная неустойчивость цветовых характеристик объ-

* По нашим данным, подтвержденным исследованиями [313], длительная работа со спектрозональными снимками с неестественной гаммой цветов и резкими контрастами приводит к зрительному утомлению.

40

ектов в зависимости от влияния природных, атмосферно-оптиче­ ских, аэрофотосъемочных и химико-технологических факторов; искажение натуральных цветов на цветных (трехслойных) аэро­ снимках * и условность (своеобразное кодирование) цветов на спектрозональных аэроснимках; нивелировка цветовых тонов

сувеличением высоты съемки и уменьшением масштаба; трудности

в«обозначении» и запоминании цветовых характеристик; слож­ ность и длительность обработки аэропленок; более высокая стоимость их изготовления. Необходимо устранение указанных

недостатков.

Все эти данные надо учитывать в процессе дешифрирования, психофизиологическом отборе операторов-дешифровщиков и даже при создании новых видов спектрозональных аэропленок. Важна разработка стандартных калориметрических шкал цветов в инте­ ресах дешифрирования.

2.2.3. Разрешающая способность

Разрешающая способность зрительного анализатора (острота зрения) обратно пропорциональна угловому пределу разрешения глаза и зависит как от физических условий наблюдения (яркости и освещенности фона, контраста объекта с фоном, спектрального состава излучения и т. п.) и формы объекта, так и от функциональ­ ного состояния зрительного анализатора, в том числе от световой чувствительности.]

Численно острота зрения Sx выражается величиной

г д е а ]ф — угловой предел разрешения глаза.

Величина ос|1Р меняется в зависимости от ряда факторов, в том

вующая наибольшей разрешающей способности глаза, составляет около 500—700 нт.

Всвою очередь яркость определяется величиной освещенности

изависит от коэффициента отражения рассматриваемой поверх­ ности и угла наблюдения. Чем больше освещенность и коэффи­ циент отражения, тем выше яркость рассматриваемой поверхно­

* Специальные исследования показывают, что между спектрофотометри­ ческими характеристиками реальных объектов и их изображений на цветных аэроснимках нет прямого соответствия [337].

41

роту зрения оказывает влияние и цвет освещения фона. Например, она выше при красном освещении, чем при голубом.

Разрешающая способность находится в большой зависимости от яркостного контраста. Как видно из рис. 2. 4, острота зрения резко увеличивается с ростом контраста до К = 0.1, затем рост несколько замедляется до К =0.2, после чего для сложных объ­ ектов стабилизируется.

Рис. 2.4. Зависимость остроты зрения (по оси орди­ нат — мин-1) от контраста (по оси абцисс — отн. ед.) объектов различной формы (по Пинегину и Булано­ вой).

1 — обнаружение квадрата; г — опознание квадрата в раз­ личной ориентации; з —опознание силуэта самолета с опре­ делением его курса.

Для улучшения условий зрительной работы необходимо либо увеличение яркости освещенности фона, либо увеличение конт­ раста. Второй путь более эффективен.

Различают три пространственных порога видения: а) порог нераздельного видения или обнаружения (min. visibile); б) порог раздельного видения (min. separabile); в) порог опознания (min. cognoscibile).

У операторов с нормальным зрением при благоприятных усло­ виях наблюдения (К & 1 , яркость порядка 10 нт, неограниченное время) угловой предел разрешения глаза (обнаружения) при монокулярном зрении равен я^20" для линейных объектов и 40" для точечных объектов, при бинокулярном зрении — соответст­ венно 10" и 25". У некоторых наблюдателей последняя величина после специальных тренировок может быть снижена до 3—10" и меньше. Имеются данные по повышению различения величины просветов в деталях у опытных шлифовальщиков по сравнению с обычным уровнем более чем в 20 раз [8]. При практических расчетах порог обнаружения обычно принимается равным 1'.

42

Опознание объектов зависит от их конфигурации и других признаков и требует обнаружения какого-то минимального ко­ личества деталей этих объектов {Nmln). Для одноконтрастных простых геометрических фигур N колеблется в пределах от 2 до 3 [98]; для более сложных форм увеличивается до 10 [133]. Порог опознания простых конфигураций примерно в 3 раза выше порога обнаружения. По результатам исследований [294, 275 идр.] порог различения и опознания простейших геометрических фигур практически одинаков. Однако в ряде исследований пос­ ледних лет показано, что пороги различных этапов восприятия (обнаружения, различения, опознания) находятся в зависимости от энтропии опознаваемых объектов, т. е. от их информационной емкости, которая для простых объектов определяется характером и сложностью конфигурации [4В, 152 и др.[.

Рассмотренные выше данные не могут быть механически пере­ несены на дешифрирование. При дешифрировании объектов по их аэрофотографическим и фотоэлектронным изображениям, имею­ щим, как правило, размытые контуры и ослабленную контраст­ ность, угловой предел разрешения будет выше [256]. По данным Н. Н. Сытинской и Г. А. Истомина, особенно велико отрицатель­ ное влияние на видимость объектов на аэроснимке «размытого» контраста.

Ниже приводятся некоторые экспериментальные данные при­ менительно к аэроснимкам.

Минимальный разрез (диаметр) d0 резко изобразившегося на аэроснимке кружка, воспринимаемого невооруженным глазом при ADW=1.0 (ADn= D 1—D2 — дифференциальный порог различаемых оптических плотностей), равен 0.12 мм (на удалении 250 мм). Для других значений контраста при отсутствии полосы размы­ тости порог определяется, по данным [256], из выражения

Минимальный размер (линейный порог) компактного (точеч­ ного) объекта, обнаруживаемого на аэроснимке, при наличии полосы размытости шириной I, может быть определен по формуле

Для опознания формы компактного объекта на аэроснимке пре­ дельные размеры его фотоизображения должны в среднем в 2.5 раза превышать пороговые размеры обнаружения этого объекта. Тогда формула (2. 6) примет вид

43

Порог обнаружения и опознания линейных объектов на аэро­ снимке может быть определен из выражения

__i_

порог обнаружения как точечных (около 2—3'), так и линейных (около 1') объектов на аэроснимке в 2.5—5 раз выше углового предела разрешения при восприятии реальных объектов. Порог опознания точечных объектов простой конфигурации на аэро­ снимке в этих же условиях приблизительно равен 7—8'. Он бли­ зок к оперативному порогу опознания наименьшей детали, уста­ новленному в инженерной психологии [174]. Практически опе­ ративный порог опознания одиночных объектов на аэроснимке равен примерно 30'+2 (1 мм в масштабе аэроснимка). Он близок

снимке, определяются разрешающей способностью объектива АФА, применяемой аэропленки и масштабом съемки. Общая практическая разрешающая способность современных объекти­ вов и аэропленок с учетом влияния условий фотографирования (сдвиг изображения за счет поступательного движения самолета и его вибрации, светорассеяние фотографирующей системы, воз­ душная дымка и т. д.), в центре аэроснимка в среднем близка к 24 л/мм, а на краях — в 2 раза ниже. При последней разрешаю­ щей способности будут воспроизводиться объекты, имеющие ши­ рину порядка 0.035 мм в масштабе аэроснимка. Разрешающая способность опытных аэропленок значительно выше.

Для обнаружения малых объектов на аэроснимках с невысо­ ким разрешением полезно увеличение изображений примерно в 4—5 раз (фото-путем или с использованием увеличительных при­ боров). С повышением разрешающей способности могут быть ис­ пользованы большие увеличения [192]. Выход за пределы этих значений сначала прекращает появление новых элементов, а затем приводит к потери резкости изображения за счет появления зернистости.

При этом следует иметь в виду, что вследствие наличия раз­ мытого контраста размеры фотоизображения мелких деталей на аэроснимке не соответствуют их размеру в масштабе аэро­ снимка. Относительная величина этого несоответствия зависит

+ 10—20% (знак плюс соответствует светлому объекту на темном фоне, знак минус — темному объекту на светлом фоне). При

44

наличии сдвига также возрастают искажения размеров объектов и изменяется их конфигурация. Величина сдвига определяется по приближенной формуле

близкой к 1, на крупномасштабных аэроснимках порядка 1 : 5000—1 : 10 000 практически могут быть опознаны компактные объекты в диаметре 0.4—0.5 м; на среднемасштабных аэросним­ ках (1 : 50 000) — в диаметре до 5 м; на мелкомасштабных аэро­ снимках (1 : 100 000) — порядка 10 м. Зависимость не строго линейная. С повышением разрешающей способности эти значения могут быть уменьшены. По американским данным, на космичес­ ких снимках масштаба 1 : 1 000 000—1 : 3 000 000, полученных с космических аппаратов, обнаруживаются железные дороги и другие линейные объекты большой протяженности.

Приведенные выше данные следует учитывать при организа­ ции дешифровочных работ, рационально используя оптические приборы для увеличения объема извлекаемой информации. Выбор оптических приборов для дешифрирования зависит от масштаба и разрешающей способности аэроснимков, стоящей перед де­ шифровщиком задачи, требуемой достоверности и имеющегося резерва времени.

2.2.4. Временные характеристики зрительного восприятия

Эффективность дешифрирования в условиях дефицита вре­ мени зависит от продолжительности опознания отдельных объек­ тов и пропускной способности зрительного анализатора. Про­ должительность времени ощущения элементарного сигнала достаточной интенсивности равна примерно 0.1 сек., а вос­ приятия этого сигнала — в среднем 0.25—0.3 сек. Время без­ ошибочного опознания знаков различной сложности при благо­ приятных условиях наблюдения изменяется в пределах от 1.52 до

1.79 сек. [39].

Эффективность времени сохранения зрительного впечатления и опознания зависит от яркости стимула, контраста его с фоном, формы и угловых размеров [132]. Практика показывает, что ско­ рость опознания простых геометрических фигур (квадрат, окруж­ ность и т. д.) возрастает по мере увеличения их размеров, но затем понижается, когда фигуру становится невозможно воспринять сразу, в целом; скорость же опознания сложных, изрезанных фигур, с большой энтропией, почти монотонно возрастает с уве­ личением размеров.

45

Многочисленные исследования Хика, Хаймена и др. показы­ вают зависимость продолжительности времени дизъюнктивной сенсомоторной реакции от количества средней информации на стимул. В. И. Николаев на основе анализа структуры «полного времени оператора» выявил время, затрачиваемое на прием, пере­ работку информации и принятие решения на сравнительно эле­ ментарном уровне [202]:

т = 0.03/, (2.10)

где I — количество информации (индивидуальной или средней), перерабатываемой оператором.

Под общей пропускной способностью анализатора понимается то предельное количество информации в единицу времени (в сек.), которое может быть воспринято и переработано анализатором. Для ее оценки в настоящее время используется максимальная скорость приема и передачи информации человеком. Например, по данным [83], максимальная скорость приема знаковой инфор­ мации равна примерно 60—70 дв. единиц (бит) в сек. При опре­ делении пропускной способности наблюдателям предъявлялись телевизионные изображения простых объектов и элементарные сюжетные картины. По данным [174], максимальная скорость приема информации, представленной буквами и цифрами, алфа­ вит которых строго фиксирован, равна около 55 дв. единиц в сек. Фактически таким путем, как справедливо подчеркивает Б. Ф. Ло­ мов, выявляется «мгновенное» значение пропускной способности.

Пропускная способность анализатора не является постоянной величиной, она зависит от целого ряда факторов. Во-первых, от характера самой информации. Показано, что время реакции по-разному зависит от величины индивидуальной информации и средней информации, связанной с длиной алфавита и распре­ делением вероятностей появления его элементов. При этом ока­ зывает влияние смысл и ценность воспринимаемой информации. Во-вторых, пропускная способность зависит от продолжитель­ ности времени предъявления информации. В-третьих, она зави­ сит от характера решаемых задач, заметно падая с их усложне­ нием и наличием помех, а также от степени тренировки и утомле­ ния оператора. В [124] показано, что пропускная способность вообще неодинакова для различных процессов приема и перера­ ботки информации. Надо сказать, что для сложных случаев человеческой деятельности рациональные количественные меры оценки пропускной способности пока не найдены.

Для дешифрирования большое значение имеет не только скорость зрительного восприятия, но и устойчивость ясного ви­ дения объектов, которая заметно колеблется у разных наблю­ дателей.

Для оценки временных характеристик деятельности человека в режиме информационного поиска в [23, 132] разработана мето­

46

дика, основанная на измерении числа фиксаций глаз наблюда­ теля. В ряде исследований показано, что средняя длительность фиксации зависит от перцептивной и интеллектуальной слож­ ности решаемых задач, оставаясь относительно постоянной * в рамках одной задачи. Так, например, при работе с цифровыми таблицами средняя длительность фиксации равна приблизительно 0.2 сек.; при решении различных задач с условными знаками она изменяется от 0.25 до 0.52 сек.; при работе с экраном РЛС изменяется от 0.37 до 0.83 сек. Для ориентировочной оценки сред­ ней продолжительности времени упорядоченного поиска прибор­ ной информации предложена формула, основанная на определе­ нии числа шагов (фиксаций) для решения задачи в зависимости от структуры информационного поля и на оценке среднего вре­ мени одной фиксации:

N + 1

(общее число элементов информационного поля); М — оператив­ ный объем информации (число критических элементов информа­ ционного поля); Т фв — длительность фиксации.

Эта формула предусматривает, что объем фиксации равен одному элементу (1ц=1). В случае группировки элементов поля,

величина N в формуле (2.11) заменяется на N Для повышения

точности необходимо внесение поправок, учитывающих инстру­ ментальные ошибки эксперимента [132]. Величина ть изменяется в зависимости от индивидуальных свойств наблюдателя.

Как будет показано ниже, рассмотренная методика не может быть полностью перенесена на работу с зашумленными информа­ ционными моделями, воспроизводящими реальную действитель­ ность. Вопросы прогнозирования временных затрат, в зависи­ мости от структуры и информативности подобных моделей, рас­ сматриваются в следующей главе.

** *

Психофизиологические особенности восприятия телевизион­ ных и тепловых изображений изучены недостаточно. Как было показано выше, возможности опознания объектов на этих изо­ бражениях более ограничены, за счет их пониженных изобрази­ тельных, измерительных и информационных свойств.

Некоторые особенности восприятия телевизионных изображе­ ний рассмотрены в [13 и др. ]. В частности, исследована чувстви­

* Как будет показано ниже, при решении сложных перцептивных задач это время может варьировать в определенных пределах в зависимости от этапа решаемой задачи.

47