Значения коэффициентов отражения цветных непрозрачных поверхностей

Цвет	ρ	Цвет	ρ	Цвет	ρ	Цвет	ρ
Белый	0,90	Зелёный светлый	0,65	Серый светлый	0,75	Синий светлый	0,55
Жёлтый светлый	0,75	Зелёный средний	0,52	Серый средний	0,55	Синий тёмный	0,13
Жёлтый средний	0,65	Зелёный тёмный	0,10	Серый тёмный	0,30	Коричневый тёмный	0,10
						Чёрный	0,07

Значения коэффициентов отражения некоторых конкретных поверхностей приведены в табл. 5.

В связи с тем, что в поле зрения могут попадать объекты с различной яркостью, введено понятие адаптирующей яркости (B_а), под которой понимают ту яркость, на которую адаптирован (настроен) в данный момент время зрительный анализатор. Приближённо можно считать, что для изображений с прямым контрастом адаптирующая яркость равна яркости фона, а для изображений с обратным контрастом — яркости объекта [2]. Диапазон чувствительности зрительного анализатора очень широк: от 10^-6 до 10⁶ кд/м². Наилучшим условиям работы соответствуют уровни адаптирующей яркости в пределах от нескольких десятков до нескольких сотен кд/м².

Таблица 5

Значения коэффициентов отражения некоторых поверхностей

Поверхность	ρ	Поверхность	ρ
Сталь полированная	0,50…0,55	Бумага белая тонкая	0.45…0,60
Железо белое	0,60…0,80	Бумага ватманская	0,67…0,82
Молибден	0,55	Белила свинцовые	0,90
Алюминий полированный	0,70…0,82	Белила цинковые	0,76
Алюминий матовый	0,55…0,75	Фаянсовая плита белая	0,70
Зеркало алюминированное	0,70…0,84	Кафель белый	0,75
Латунь матовая	0,55…0,65	Мрамор белый	0,80
Латунь полированная	0,60…0,70	Кирпич белый	0,62
Медь	0,48	Кирпич жёлтый	0,45
Серебро	0,88…0,93	Кирпич красный	0,20
Хром	0,62	Цемент	0,40
Никель	0,55…0,60	Асфальт	0,08…0,12
Стекло молочное (2 – 3 мм)	до 0,50	Стекло оконное	0,08
Эмаль фарфоровая белая	0,65…0,75	Мел	0,85…0,90
Бархат чёрный	0.002	Белая клеевая краска	0,70…0,80

Следует иметь в виду, что обеспечение требуемой величины контраста является только необходимым, но ещё недостаточным условием нормальной видимости объектов. Нужно также знать, как этот контраст воспринимается в данных условиях. Для его оценки зрительного восприятия объектов вводится понятие порогового контраста:

,

где B_пор — пороговая разность яркости, т. е. минимальная разность яркостей предмета и фона, которая ещё обнаруживается глазом. Таким образом, величина К_пор определяется дифференциальным порогом различения. Для получения оптимального оперативного порога различения необходимо, чтобы фактическая величина разности яркости предмета и фона была в 10 — 15 раз больше пороговой. Это означает, что для нормальной видимости величина контраста, рассчитанная по формулам (1), должна быть больше величины К_пор в 10 – 15 раз. Таким образом, отношение величины контраста объекта наблюдения к его значению (характеристика способности глаза воспринимать объект) называют видимостью:

. (4)

Величина порогового контраста зависит от яркости фона и от угловых размеров α_об наблюдения объектов. Следует заметить, что объекты с бóльшими размерами видны при меньших контрастах и что с увеличением яркости уменьшается требуемая величина порогового контраста.

Для ориентировочной оценки величины прямого порогового контраста в работе [3] предлагается эмпирическая формула:

, (5)

где: α_об – угловой размер (измеряемый в угловых минутах) наблюдаемого объекта (см. ниже рис. 4). Функциональные коэффициенты φ₁(α_об ) и φ₂(α_об ) зависят от углового размера наблюдаемого объекта и яркости фона:

; (5¹)

для 0,01 ≤ B_ф ≤  10 – k_φ1 = 75;

; (5²)

для B_ф > 10 – k_φ1 = 122;

; (5³)

k_φ2 = 0,333; ξ = 3,333; p₀ = –0,096, p₁ = –0,111, p₂ = 3,55∙10^–3, p₃ = –4,83∙10^–5, p₄ = 1,634∙10^–7; q₀ = 2,345∙10^–5, q₁ = –0,034, q₂ = 1,32∙10^–3, q₃ = –2,053∙10^–5, q₄ = 7,334∙10^–4.

Формулы (5¹) – (5³) получены в результате аппроксимации табличных значений функциональных коэффициентов φ₁(α_об) и φ₂(α_об), приведённых в [6].

Для оценки величины обратного порогового контраста для 1′ ≤ α_об ≤  16′ предлагается аппроксимация другой эмпирической формулы [4]:

, (6)

где: r₀ = –0,51, r₁ = -0,151, r₂ = 3,818∙10^–3, r₃ = –3,94∙10^–5, r₄ = –1,606∙10^–7, r₅ = 2,095∙10^–10.

При угловых размерах наблюдаемых объектов, превышающих 16 угловых минут (α_об > 16′), можно использовать формулу [4]:

, (6′)

где K_{пор(16′)} – величина порогового контраста, рассчитанная по формуле (6) для α_об = 16′.

Связь угловых и линейных размеров наблюдаемых объектов для общего случая иллюстрируется на рис. 4, где: l_об –линейный размер наблюдаемого объекта; l_x и l_y – расстояния от точки наблюдения (расположения глаза человека) до центра наблюдаемого объекта, взятые по горизонтали и вертикали, соответственно; β_об – угол отклонения плоскости наблюдаемого объекта от горизонтали. Величины l_об, l_x, l_y и β_об определяются особенностями и организацией конкретного рабочего места. Остальные обозначенные на рис. 4 величины являются вспомогательными: l_наб – прямое расстояние от точки наблюдения до центра наблюдаемого объекта; h_наб – расстояние по нормали от точки наблюдения до плоскости наблюдаемого объекта; β_наб – угол зрения относительно плоскости наблюдаемого объекта; α₁ и α₂ – вспомогательные углы.

Рис. 4. Связь угловых (α) и линейных (l_о) размеров наблюдаемых объектов

Геометрия чертежа на рис. 4 определяет следующие выражения для вспомогательных величин:

; ; (7)

; (8)

и, следовательно, угловой размер наблюдаемого объекта может быть определён как:

α_об = α₂ – α₁ . (9)

Большое влияние на условия видимости объектов оказывает величина внешней освещённости. Однако это влияние будет различным при работе с изображениями, имеющими прямой или обратный контраст. Увеличение освещённости при прямом контрасте приводит к улучшению условий видимости (величина К_пр увеличивается) и, наоборот, при обратном контрасте — к ухудшению видимости (величина К_об уменьшается).

При увеличении освещённости величина К_пр увеличивается, поскольку яркость фона возрастает в большей степени, чем яркость объекта (коэффициент отражения фона больше коэффициента отражения объекта). Величина К_об при этом уменьшается, т. к. яркость объекта практически не меняется (предмет светится), а яркость фона увеличивается.

Во многих случаях в поле зрения оператора могут оказаться световые сигналы с различной интенсивностью. При этом чрезмерно яркие объекты могут вызывать нежелательное состояние органов зрения – ослеплённость. Особенно сильно негативное влияние на работу органов зрения оказывают элементы с большой яркостью, в качестве которых могут выступать чрезмерно яркие части светильников (например, нить накала ламп накаливания) или других источников света – прямое действие, а также их зеркальные отражения – отражённое действие. Слепящая яркость определяется размером и яркостью светящейся поверхности, а также уровнем яркости адаптации органов зрения. Минимальные уровни яркости, которые начинают вызывать эффект ослеплённости, приближённо можно определить по эмпирической формуле [5]:

, (10)

где Ω_сп – телесный угол наблюдения оператором светящейся поверхности (в стерадианах), величину которого приближённо можно определить как отношение площади светящейся поверхности к квадрату расстояния от этой поверхности до органов зрения.

Следует иметь в виду, что фактические уровни яркости наблюдаемых объектов следует оценивать по формулам (2) и (3), а с помощью формулы (10) может быть осуществлена лишь проверка фактических уровней яркости на предмет возникновения слепящего эффекта. Для нормального восприятия яркости наблюдаемых объектов необходимо, чтобы выполнялось неравенство:

B_сп < B_{сп min} , (11)

где B_сп – яркость слепящей поверхности, определённая по формулам (2) – (3).

Таким образом, для создания оптимальных условий зрительного восприятия необходимо не только обеспечить требуемый уровень яркости и контраст воспринимаемых световых сигналов, но также исключить чрезмерную неравномерность распределения яркостей в поле зрения. В случаях, когда невозможно использовать формулу (9), можно воспользоваться данными табл. 6 или считать неравномерность распределения уровней яркости в поле зрения приемлемой, если их перепад не превышает 1 к 30 [5].

Таблица 6

Уровни слепящей яркости для различных уровней адаптации

Яркость поля адаптации, кд/м2	Уровень слепящей яркости, кд/м2	Яркость поля адаптации, кд/м2	Уровень слепящей яркости, кд/м2
3,2∙10-6	6,4∙10	3,2∙10	1,11∙104
3,2∙10-3	5,9∙102	3,2∙103	4,62∙104
3,2∙10-1	2,18∙103	15,9∙104	15,9∙104

При питании газоразрядных ламп переменным током промышленной частоты (50 Гц) световой поток ламп оказывается пульсирующим с частотой 100  Гц. Соответствующие пульсации освещённости рабочей поверхности вызывают повышенное утомление органов зрения и ухудшение общего состояния организма.

В помещениях с движущимися или вращающимися элементами оборудования пульсации светового потока могут привести к возникновению стробоскопического эффекта. Стробоскопический эффект заключается в том, что при совпадении или кратности частоты пульсаций светового потока и частоты вращения или колебаний механических элементов оборудования последние могут казаться неподвижными. Отличие зрительного восприятия движущихся объектов от их действительного движения может стать причиной травм и несчастных случаев.

Коэффициент пульсаций освещенности (выраженный в %) определяется по формуле:

,

где E_макс , E_мин  и E_cр – максимальное, минимальное и среднее значения освещенности за период пульсаций светового потока,  лк. В данной формуле приближённо можно полагать, что E_cр = 0,5(E_макс + E_мин).

При выполнении раздела “Безопасность и экологичность проекта” в дипломных работах можно принять K_п = 0 – в случае освещения с помощью ламп накаливания и K_п = 10 % – в случае освещения с помощью люминесцентных ламп.

Согласно СНиП 23-05-95, все зрительные работы по точности разделены на 6 разрядов (табл. 7). Разряд зрительной работы зависит от наименьшего размера объекта различения при условии, что расстояние между объектом и органами зрения не превышает 0,5 м. Например, при работе с печатным или рукописным текстом объектом различения является буква или символ с наименьшим размером различения, равным толщине самых тонких линий.

Кроме того, предусмотрены VII разряд – для работ со светящимися материалами и изделиями в горячих цехах и VIII разряд – для работ, связанных с общим наблюдением за ходом производственных процессов.

Первые 5 разрядов зрительных работ СНиП 23-05-95 регламентируют точные работы и, в свою очередь, делятся на 4 подразряда в зависимости от характеристик фона и контраста объекта с фоном.

В табл. 8 приведены нормативные значения минимально допустимых уровней освещенности рабочих поверхностей в производственных помещениях для I – IV разрядов.

Определённые по табл. 1 и 2 нормативные уровни освещенности не являются окончательными и могут быть повышены или, наоборот, понижены на один уровень, в зависимости от наличия дополнительных признаков, осложняющих, или облегчающих зрительную работу, или требующих улучшенных санитарных условий.

Повышение или понижение нормативных уровней освещенности осуществляется в соответствии с общей шкалой их значений: 0,2, 0,3, 0,5, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 10, 20, 30, 50, 75, 100, 150, 200, 300, 400, 500, 600, 750, 1000, 1250, 1500, 2000, 2500, 3000, 3500, 4000, 4500, 5000, лк.

Таблица 7

Разряды зрительных работ

Характеристика зрительной работы	Наименьший размер объекта различения, мм	Разряд зрительной работы
Наивысшей точности	Менее 0,15	I
Очень высокой точности	От 0,15 до 0,30	II
Высокой точности	От 0,30 до 0,50	III
Средней точности	От 0,50 до 1,0	IV
Малой точности	От 1,0 до 5,0	V
Грубая (очень малой точности)	Более 5,0	VI

Нормативные значения освещённости, определённые по табл. 2, следует повышать на один уровень по шкале их значений в следующих случаях:

• для зрительных работ I – V разрядов, если продолжительность зрительной работы составляет больше половины рабочего дня;

• при повышенной опасности травматизма, если создаваемая общим освещением освещённость не превышает 150 лк;

• при повышенных санитарных требованиях, если освещённость, создаваемая общим освещением, не превышает 500 лк;

• при работе или производственном обучении подростков, если освещённость, создаваемая общим освещением, не превышает 300 лк;

• при отсутствии в помещении естественного света и при постоянном пребывании там работающих, если освещённость, создаваемая общим освещением, не превышает 750 лк;

• при наблюдении деталей, вращающихся со скоростью не менее 500 об/мин, или объектов, движущихся со скоростью не менее 1,5 м/мин;

• при постоянном поиске объектов различения на поверхностях с площадью не менее 0,1 м²;

• в помещениях, где более половины работающих старше 40 лет.

При одновременном наличии нескольких признаков нормативные значения освещённости следует повышать не более чем на один уровень.

В случае использования ламп накаливания нормативные уровни освещённости следует снижать на один уровень по шкале их значений, определяемых для общего и комбинированного освещения.

При определении нормативных уровней освещённости необходимо иметь в виду, что на рабочем месте может быть несколько объектов различения, “подозреваемых” как элементы, требующие максимальных уровней освещённости для данного рабочего места.

Таблица 8