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

тельность зрительного анализатора к восприятию четкости, контраста и зашумленности телевизионного изображения. Выяв­ лены сенсорные характеристики, определяющие зависимости между параметрами телевизионного изображения и уровнем интенсивности ощущений зрительного анализатора (в «единицах» ощущений) по шкалам счета единиц и отношений. Установлены закономерности «обмена» (компенсации) между параметрами изо­ бражения в процессе их восприятия, обеспечивающие эквивалент­ ный отклик зрительного анализатора. В их основе лежат вероят­ ностные интеграционные процедуры.

Некоторые особенности восприятия радиолокационных изо­ бражений рассматриваются в работах, посвященных законо­ мерностям обнаружения и опознания сигналов на экранах РЛС [21, 174, 274 и др.]. Так, в [220] дан инженерно-психологический анализ деятельности оператора РЛС кругового обзора с опреде­ лением его функций, выявлением особенностей процесса обнару­ жения и опознания отметок сигналов, оценкой психофизиологи­ ческих характеристик восприятия яркостных отметок. Показана статистическая природа информационных процессов. Почти не изучены особенности восприятия тепловых изображений. Общим для восприятия радиолокационных и тепловых снимков является необходимость своего рода дополнительной «визуализации», мыс­ ленного перехода от воспринимаемых образов к естественным для человека «оптическим представлениям», с декодированием таких специфических феноменов, как радиолокационный и тепловой контраст и т. п.

§2,3. Психофизиологические механизмы

ивозможности стереоскопического рассматривания

изображений

Особое значение для оператора-дешифровщика имеет стерео­ скопическая пластичность зрения, так как стереоскопический анализ, в том числе и измерительный, в настоящее время все шире внедряется в практику дешифрирования.

2.3.1.Теоретические основы восприятия стереомодели

Воснове стереоскопического, объемного восприятия про­ странства лежат временные связи, возникающие между оптичес­ кими и мышечными аппаратами зрительного анализатора, «зри­ тельно-мышечные ассоциации», по выражению И. М. Сеченова.

При бинокулярном зрении зрительные оси обоих глаз пере­ секаются в точке наблюдения — точке фиксации. Изображения точек фиксации находятся в центрах желтых пятен. Точки, нахо­

дящиеся вблизи точек фиксации, рассматриваются глазом резко; точки, не попадающие на желтое пятно, воспринимаются нечетко,

48

«периферическим зрением». Угол у между зрительными осями, направленными на некоторую точку наблюдения, называется углом конвергенции или стереоскопическим параллаксом.

Поскольку величина стереоскопического параллакса незна­ чительна, угол у в аналитической мере выражается

от наблюдателя, имеющие одинаковую величину стереоскопиче­ ского параллакса, раздражают коррес­

лакс, равный разности между углом конвергенции на точку фик­ сации и на любую другую точку (v=y1—у2).

Для того чтобы предметы не двоились, а воспринимались объ­ емно, смещение их изображений с корреспондирующих точек сетчаток глаз должно быть незначительным. Слияние изображений

в один пространственный образ происходит для точек простран­ ства, физиологический параллакс которых а ^ 0.4 мм [264]. Минимальное значение а колеблется в пределах от 0.001 до- 0.002 мм.

Рассмотренный механизм стереоскопического зрения, связан­ ный с возникновением на сетчатках левого и правого глаза не­ конгруэнтных изображений, т. е. неравных между собой по вели­ чине и различных по форме и тону, носит название бинокулярной диспаратности. Явление бинокулярной диспаратности сопровож­ дается деятельностью кинестетических систем глаза (макродвиже­ ния глаз, конвергенция и дивергенция, аккомодация, зрачковый рефлекс и др.).

Как было сказано выше, величина угла конвергенции зависит от расстояния до объекта. При этом определенному углу конвер­ генции (в метро-углах) соответствует аккомодация определенной силы ( в диоптриях). Однако это соответствие не является стро­ гим. Глаз способен дополнительно конвергировать при неизмен­ ной аккомодации и наоборот. Добавочная конвергенция, направ­ ленная на уничтожение чрезмерной диспаратности, также способ­ ствует восприятию пространства. Однако при помощи аппаратаконвергенции и аккомодации можно только грубо определить пространственное положение объектов, в пределах до 10 м. Между тем из 2. 12 можно найти, что при остроте стереоскопическогозрения 10” и 6=0.065 м радиус стереоскопического зрения та 1340 м. Следовательно, ведущая роль при восприятии простран­ ства принадлежит механизму бинокулярной диспаратности, имею­ щей условнорефлекторный характер. Раасвелд [331], в противо­ вес конвергентной теории «проектирования», развивает «цикло­ пическую» концепцию, которая близка диспаратной и хорошоподходит для объяснения ряда фйюменов стереозрения.

Определенную роль при восприятии пространства играют и так называемые монокулярные факторы, а именно: воспри­ нимаемая величина, степень четкости контура, яркость объектов, в зависимости от их удаления, распределение светотеней, пере­ крытие одного объекта другим и др., что отражается на сетчатке каждого глаза. Эти признаки являются дополнительными условнорефлекторными раздражителями при восприятии элементов про­ странства.

Однако механизм стереоскопического зрения не исчерпывается всеми этими явлениями, происходящими на уровне рецепторов зрительного анализатора [8]. Пространственные образы несом­ ненно являются продуктом высшего анализа и синтеза, осущест­ вляемого корковым центром зрительного анализатора. Эти об­ разы, как правило, несколько смещены в сторону «ведущего» глаза. В зависимости от изменения окружающих условий и вза­ имодействия между различными РП коркового центра зритель­ ного анализатора это смещение может изменить свой характер.

50

Большую роль при этом играет парная работа больших полуша­ рий головного мозга, соответствующая парной работе рассматривае­ мых рецепторов. Как показали исследования И. П. Павлова, К. М. Быкова, Б. Г. Ананьева и др., именно парная работа боль­ ших полушарий обеспечивает тонкую дифференцировку направ­ лений на объекты и глубины между ними. Во всех этих процессах большое значение имеет второсигнальная регуляция деятельяости анализаторов. Второсигнальные связи, лежащие в основе

Рис. 2.6. Принципиальная схема построения стереомодели при использовании стереоскопа.

знаний, опыта, мышления человека, обеспечивают использование самых разнообразных косвенных признаков для объемного вос­ приятия пространства.

При работе с аэроснимками используется стереоскопическое восприятие стереомодели местности. Для получения стереоэф­ фекта при рассматривании пары снимков, снятых с некоторого базиса, необходимо, чтобы каждым глазом наблюдалось только одно изображение из взятой стереопары. Стереоскопическое вос­ приятие невооруженным глазом дает большую нагрузку на мы­ шечный аппарат и приводит к быстрому утомлению зрительной системы. Эта задача значительно облегчается при использовании

.стереоскопов различной конструкции (рис. 2.6), которые обеспе­ чивают механическое разделение полей зрения левого и правого глаза и способствуют восприятию глубины, за счет увеличения базиса наблюдения и применения оптических увеличительных систем.

В основе искусственного стереоэффекта лежат те же механизмы, что и при стереоскопическом восприятии объемных объектов в натуре. Бинокулярная диспаратность при рассматривании стереопары определяется наличием разности продольных парал­ лаксов идентичных точек рассматриваемых аэроснимков. Под продольным параллаксом (Р) некоторой точки понимается раз­ ность абсцисс этой точки в системе координат левого и правого снимков стереопары. За начало координат принимается главная точка аэроснимка, а за ось абсцисс — начальное направление.

Что касается работы мышечных систем глаза, то при искус­ ственном стереоэффекте величина аккомодации практически оста­ ется постоянной, а конвергенция меняется с изменением величины бинокулярной диспаратности. Исходя из диапазона дополни­ тельной конвергенции — 5° 15', максимально воспринимаемая величина разности продольных параллаксов на расстоянии 250 мм равна приблизительно 25 мм. Эта величина соответствует види­ мому максимальному превышению иллюзорной стереомодели (около 70 мм). Как справедливо подчеркивается в [78], вос­ приятие «иллюзорной» (мнимой) стереомодели требует большой

а развертывающийся во времени процесс, имеющий условнорефлекторную природу. Процесс восприятия стереомодели про­ ходит несколько фаз: а) фазу появления расплывчатого стерео­ эффекта, связанную с работой сенсорных систем; б) фазу форми­ рования или роста стереоэффекта, связанную с работой мышечных • систем глаза, с дополнительной конвергенцией; в) фазу стабили­ зации стереоэффекта, возникающую с момента вовлечения в про­ цесс всех рецепторных систем. По мере накопления стереоскопи­ ческого опыта длительность фаз сокращается, переходы между ними сглаживаются и само восприятие стереомодели становится более точным.

Стереоскопическое зрение, в том числе и восприятие разности высот, обладает высокой разрешающей способностью.

52

Однако одни закономерности построения изображения не опре­ деляют действительных порогов восприятия глубины на аэро­ снимке. Как показывает опыт, они в значительной степени зави­ сят от контраста, периметра, площади объекта и от отношения его вертикальных размеров к горизонтальным. Получены мате­ риалы, свидетельствующие об экспоненциальной зависимости стереовосприятия от отношения высоты объекта к его диаметру. Фотографическое качество изображения также вносит свои кор­ рективы в приведенные расчеты. На практике пороги восприятия в 2—3 раза выше расчетных [60]. Так на аэроснимках, получен­

могут быть восприняты объекты высотой (глубиной) 1.0 м и более; на аэроснимках, полученных с высоты до 2000 м, — объекты вы­ сотой (глубиной) порядка 3.0 м и т. д.

Стереомодель — своеобразная информационная модель мест­ ности, более близкая к реальной действительности, чем плоскост­ ное изображение, но не полностью подобная ей. При стереоскопи­ ческом рассматривании стереомодель воспринимается деформи­ рованной. Форма воспринимаемой стереомодели зависит от целого ряда факторов: аэрофотосъемочных, психофизиологических и др. Воспринимаемая стереомодель, в зависимости от конкретных условий, может быть вытянута, сплющена, наклонена, повер­ нута и т. п. Наиболее значительные искажения связаны с верти­ кальной деформацией стереомодели. Вертикальная деформация при рассматривании стереопары зависит от условий аэрофото­ съемки (/к АФА; базиса фотографирования и высоты аэрофото­ съемки), условий стереоскопического рассматривания аэросним­ ков (расстояния между глазами и воспринимаемой стереомоделью, расстояния между аэроснимками) и физиологических особенностей стереоскопического зрения наблюдателя. Чтобы вывести прибли­ женную формулу вертикальной деформации, найдем вертикаль­ ный масштаб стереомодели. Последний при рассматривании ■стереомодели без увеличения равен отношению наблюдаемого

превышения — \ 1 = т - 1 р к действительному превышению — h =

где d — расстояние от глаз до воспринимаемой стереомодели. Коэффициент вертикальной деформации стереомодели равен отно­ шению вертикального масштаба к горизонтальному: *

* Более точное значение и дано в [312] с учетом величины разности про­ дольных параллаксов.

.54

Так как для 60-процентного перекрытия аэроснимков формата 18x18 см Ь0Н= ЬГ, то в этом случае

Если ввести увеличение стереоскопа v, то окажется, что — и

1 увеличивается в v раз, а отношение р останется неизменным.

Величина ц находится экспериментальным или расчетным путем [289]. Трудность последнего способа заключается в том,, что расстояние от глаз до воспринимаемой стереомодели (d) опре­ деляется довольно сложно. Оно не может быть выведено из чисто' геометрических построений и зависит как от характера стерео­ модели, так и от психофизиологических особенностей наблюда­ теля. По экспериментальным данным разных авторов, d изме­ няется от 250 до 450 мм. На практике часто берут расстояние наилучшей видимости — 250 мм, но, например, в [327] наиболее приемлемой величиной при использовании линзового стереоскопа с 2—З х увеличением считается 410 мм.

Как видно из формул (2.21 и 2.22), величина ц находится в пря­ мой зависимости от расстояния до воспринимаемой модели и в об­ ратной зависимости от фокусного расстояния АФА. Практически неискаженная стереомодель получится в случае d = /K, т. е. когда при стереоскопическом рассматривании аэроснимков восстанав­ ливается неискаженная связка проектирующих лучей каждого' аэроснимка. Если фокусное расстояние проектирующих устройств, не равно фокусному расстоянию АФА, которым производилось

при d < /к. Утрирование стереомодели до определенного предела на аэроснимках, полученных короткофокусными АФА, способ­ ствует опознанию и измерению форм рельефа и других объемных объектов.

Кроме того, стереомодель может быть подвергнута «боковым» деформациям. Эта группа деформаций также зависит как от аэрофотосъемочных условий, так и от условий стереоскопического рассматривания. По данным работы [328], наибольшую роль здесь играют последние факторы, а именно правильность ориен­ тирования аэроснимков по начальным направлениям и особенно изменение положения стереоскопа относительно начальных на­ правлений. Дело в том, что при рассматривании стереопары для лучшего обзора всей площади наблюдатель меняет положение глаз (стереоскопа) относительно аэроснимков, т. е. глаз, как центр проектирующей системы, не занимает неподвижного поло­ жения относительно снимка, подобного тому, которое имеет объектив АФА во время фотографирования, что и приводит к иска­

55.

жению стереомодели. Непараллельность глазного базиса начальным направлениям аэроснимков также вызывает наклон стерео­ модели. Особенно резко возрастают искажения на краях аэро­ снимка. Отдельные вершины как бы «тянутся» за глазами наблю­ дателя, что приводит к изменению видимой крутизны склонов, к искажению видимого взаимного положения отдельных форм рельефа и т. д. В частности, склоны, обращенные к направлению движения стереоскопа, будут казаться круче, а склоны, имеющие противоположное направление, станут более пологими.

В процессе дешифрирования, при производстве стереонаблю­ дений и стереоизмерений, необходимо учитывать изложенные выше психофизиологические закономерности деформаций и иска­ жения стереомодели [88, 289, 327, 328].

2.3.2. Эффективность стереоскопического рассматривания аэроснимков

Стереоскопическое рассматривание аэроснимков обеспечивает получение дополнительной информации о высоте (глубине) объ­ ектов, их пространственной конфигурации и пространственном расположении, об уклонах местности и способствует повышению качества опознания форм рельефа и целого ряда объемных местных предметов. Об этом свидетельствуют, в частности, результаты вы­ полненных экспериментов.

К экспериментам было привлечено 50 человек испытуемых — учащихся специальных учебных заведений. Они составили две группы: 1) группу наблю­ дателей, не обладавших опытом стереоскопического анализа аэроснимков; 2) группу наблюдателей, имевших опыт стереоскопического анализа аэросним­ ков. Для выполнения эксперимента каждая группа была разделена на две подгруппы: а) «визуалистов» и б) «стереоскопистов». Для экспериментов ис­ пользовались панхроматические аэроснимки формата 30x30 см с изображе­ нием пересеченной местности, с крупнохолмистым рельефом, с относитель­ ными высотами от 1СГдо 20 м, со склонами крутизной от 3 до 5°, с большим количеством местных предметов различной высоты и пространственной кон­ фигурации, полученные АФА с / к= 100 мм с высоты 1000 м (горизонтальный масштаб аэроснимков 1 : 104000, вертикальный масштаб стереомодели при­ близительно 1 : 1400). Разрешение аэроснимков и их качество удовлетвори­ тельное. При работе в основном применялся стереоскоп ЛЗ-З.

Общие результаты экспериментов представлены в табл. 2.2. В первую группу включены объекты высотой 2—3 м (небольшие хозяйственные постройки); во вторую — объекты высотой 5— 10 м (постройки, производственные сооружения, искусственные элементы рельефа); в третью — объекты высотой 15—20 м (формы рельефа, высокие здания). Как видно, стереоскопическое рассма­ тривание улучшает результаты опознания объемных объектов на аэроснимке. Эффективность опознания зависит от отношения высоты объекта к его диаметру. Опознание объектов сопровожда­ ется повышением относительного количества используемых пря­ мых признаков. По данным эксперимента, при визуальном (без стереоскопа) рассматривании выбранных объектов в среднем ис­

56

пользовалось около 55% прямых и 45% косвенных признаков; при стереоскопическом рассматривании соотношение между ними меняется — 64% и 36%. Происходит известная активизация использования непосредственных прямых признаков.

Результаты экспериментов позволяют сделать следующие вы­ воды:

а) эффективность стереоскопического опознания объектов на­ ходится в линейной зависимости от высоты дешифрируемых объектов;

б) наиболее эффективно стереоскопическое опознание локаль­ ных и резко выраженных положительных форм рельефа;

в) при стереоскопическом рассматривании аэроснимков опозна­ вательный процесс известным образом перестраивается по сравне­ нию с визуальным опознанием главным образом по линии усиления чувственной основы восприятия, за счет увеличения абсолют­ ного и относительного (до 10% по полученным данным) коли­ чества используемых прямых признаков;

г) общее повышение вероятности опознания элементов мест­ ности при стереоскопическом рассматривании аэроснимков не слишком велико (до 0.3 на экспериментальных снимках), чтоговорит о ведущей роли смысловых компонентов в дешифриро­ вании; *

д) наибольший эффект при стереоскопическом рассматрива­ нии элементов местности по аэроснимкам был получен в группе испытуемых, не имевших стереоскопического опыта, что, по-види­ мому, связано с большей ролью для них целостного стереоскопиче­ ского восприятия местности для облегчения перехода от обычноговосприятия объектов к необычному восприятию их на аэро­ снимке, а также с неумением испытуемых этой группы актуали­ зировать систему косвенных признаков;

* Однако при этом не надо забывать об опосредованном влиянии стерео­ скопического рассматривания на результаты дешифрирования путем выявле­ ния дополнительных качественных и количественных характеристик воспри­ нимаемых объектов.

57