Надежность АСОИУ (1088455), страница 27
Текст из файла (страница 27)
Всоответствии с названными характеристиками визуальных сигналов целесообразно рассмотреть четыре группыхарактеристик зрительного анализатора (рис. 2.3).Рис. 2.3. Классификация характеристик зрительного анализатораЭнергетические характеристики зрительного анализатора определяются мощностью (интенсивностью) световыхсигналов, воспринимаемых глазом. К ним относятся: диапазон воспринимаемых глазом яркостей, контраст,цветоощущение.Световой поток, излучаемый источником или отражаемый светящейся поверхностью, попадая в глаз наблюдателя,вызывает зрительное ощущение. Оно будет тем сильнее, чем больше плотность светового потока, излучаемого илиотражаемого по направлению к глазу. Следовательно, источник света или освещенный предмет будет тем лучше виден,чем большую силу света излучает каждый элемент поверхности в направлении глаза.Под яркостью наблюдаемого объекта понимают значениеL=J,S cos αгдеJ— сила света (световой поток на единицу телесного угла);S— площадь светящейся поверхности;α — угол, под которым поверхность рассматривается.Яркость является основной характеристикой света, и именно значение яркости определяет величину нервныхимпульсов, возникающих в сетчатке глаза.Зрительная система человека является поистине уникальным инструментом.
Диапазон чувствительностизрительного анализатора весьма велик: он простирается от 10-6 до 106 кд/м2. Наилучшие же условия для работы будутпри уровнях адаптирующей яркости, лежащей в пределах от нескольких десятков до нескольких сотен кандел наквадратный метр.Минимальная (пороговая) величина яркости светового пятна Впор, обнаруживаемого глазом на черном фоне притемновой адаптации, носит название абсолютного порога световой чувствительности. Этот параметр характеризуетусловия восприятия визуального сигнала в отсутствие внешней засветки.Существует мнение, что глаз при отсутствии внешней засветки в состоянии зарегистрировать одиночный квантсвета. Это не совсем так.
В действительности вспышка света может восприниматься лишь в том случае, если площадьюсетчатки, соответствующей дуге в 10' (угловых минут), в течение примерно 0 , 1 сек будет поглощаться порядка 10квантов.По оценкам такая поверхность содержит около 500 палочек; поэтому вероятность поглощения одной палочкойболее одного кванта света весьма невелика. Это означает, что одиночный квант действительно может активизироватьпалочку. Тем не менее, одиночная палочка, поглотившая квант, сама по себе не способна вызвать зрительный сигнал.Зрительной системе необходимы почти одновременно сигналы более чем одной палочки (около 10).
Эти сигналыдолжны суммироваться в одном из отделов зрительной системы, и только тогда наблюдатель сможет воспринятьвспышку света. Уровень такого сигнала соответствует абсолютному порогу световой чувствительности зрения.Контрастная чувствительность. Немаловажной характеристикой зрительной системы по восприятию информацииявляется ее контрастная чувствительность (рис. 2.4). Этот параметр характеризует восприятие визуальной информации вусловиях внешней засветки экрана, дневного или сумеречного освещения, а также при работе с печатными иэлектронными изданиями.Поддиапазоном яркостей или контрастом изображения К понимают отношение максимальной яркости произвольных поформе деталей объекта в поле изображения к минимальной:K = Lmax Lmin ,где Lmax и Lmjn — максимальная и минимальная яркости детали изображения соответственно.Рис.
2.4. Контрастная чувствительность глазаСуществуют зрительные пороги, связанные с различением двух соседних полей зрения. Например, при равнойяркости двух наблюдаемых участков изображения они будут восприниматься как однородный участок. Еслиувеличивать яркость одного из них до тех пор, пока наблюдатель не увидит разницу между ними, то эта дополнительнаяяркость будет представлять собой разностный порог световой чувствительности глаза:∆Lmin = L − Lф ,где:L- яркость объекта,Lф — яркость фона.∆Lmin не является постоянной величиной и зависит от яркости фона.На практике разницу в яркостях можно связать с общей яркостью β при помощи соотношения, определяющегоконтрастную дифференциальную яркость С:C = ∆L Lф ,Восприятие изображения и полнота зрительной информации определяются контрастом деталей изображения.Величину ∆L/Lф= const называют отношением Вебера.Относительное постоянство ∆L/Lф для глаза при больших освещенностях было обнаружено Бургером в 1760 г.,когда он ставил опыты со свечами.
Так называемый закон Вебера — Фехнера, один из самых старых вэкспериментальной психофизике, гласит, что ∆L/Lф является постоянной величиной. Это значит, что видимый порог составляет постоянную часть раздражителя. Так бывает при высоких уровнях яркостей, и это подтверждаетсячувственным опытом человека. Внесенная в темную комнату свеча дает очень большое изменение в яркости,однако в сильно освещенной комнате она незаметна.На рис. 2.4 приведен график экспериментально установленной зависимости порогового контраста отизменения яркости фона.
Для практических целей полагают, что C= (∆E/E φ ) πορ = const = (0,02-0,05), где Ε—освещенность сетчатки глаза.Влияние порогового контраста на восприятие статического изображения наглядно демонстрирует куб Неккера (рис. 2.5). Изображение кубаобладает свойством «выворачиваться» наизнанку: одна и та же плоскостькажется то фронтальной, то тыльной. И решить однозначно эту задачу мозгчеловека не в состоянии.Так как в поле зрения оператора могут попадать предметы с различной яркостью, то в инженернойпсихологии вводится также понятие яркости поля адаптации..Под ней понимают яркость, на которую адаптирован (настроен) в данный момент зрительный анализатор.Обычно в поле зрения человека попадает не все изображение, а только его часть. Именно она и воспринимается как некий фон при визуальном восприятии объекта. Причем если в поле наблюдения попадаютдругие объекты, то их яркость интегрируется с яркостью фона. Яркость объектов, попавших в поле адаптации,вносит погрешность в расчетное значение контраста.
Тем не менее приближенно можно считать, что дляизображений с прямым контрастом адаптирующая яркость равна яркости фона, а для изображений с обратнымконтрастом — яркости объекта наблюдения.В природе, окружающей человека, диапазон воспринимаемых яркостей имеет порядок 10 5 . За счетадаптации глаз сужает диапазон освещенности на сетчатке. Максимальный контраст, ограничиваемый глазом,равен 100, т. е. Emax/Emin = 100, a C = 0,05. При этих условиях зрительная система способна различить 92градации яркости.Однако обеспечение требуемой величины контраста является необходимым, но недостаточным условиемнормальной видимости объектов.
Необходимо также знать, как этот контраст воспринимается в данныхусловиях. Для его оценки вводится понятие порогового контраста, который определяется соотношениемК пор =dLпорLпор,где dLпор — пороговая разность яркости, т. е. минимальная разность яркости предмета и фона, впервые обнаруживаемаяглазом.Величина Кпор определяется дифференциальным порогом различения. Для получения оперативного пороганеобходимо, чтобы фактическая величина разности яркости объектов и фона была в 10-15 раз больше пороговой.
Этоозначает также, что для нормальной видимости величина контраста, рассчитанная по формулам, должна быть большеКпор в 10-15 раз.Величина порогового контраста зависит от яркости и размеров объектов (рис. 2.6).Рис. 2.6. Зависимость порогового контраста от яркости адаптации и размеров предметовИз рисунка видно, что предметы с большими размерами видны при меньших контрастах и что с увеличениемяркости уменьшается значение порогового контраста.Роль освещенности. Большое влияние на условия видимости предметов оказывает величина внешнейосвещенности. Однако это влияние будет различным при работе оператора с изображениями, имеющими прямой иобратный контраст. Увеличение освещенности при прямом контрасте приводит к улучшению условий видимости (величина Кпр увеличивается), а при обратном — к ухудшению видимости (величина уменьшается).
Эти явления можнопроследить при анализе приведенных выше соотношений. При увеличении освещенности величина Kijp увеличивается,поскольку яркость фона возрастает больше, чем яркость объекта (коэффициент отражения фона больше коэффициентаотражения предмета). Величина при этом уменьшается, так как яркость объекта практически не изменяется ( объектсветится), а яркость фона увеличивается.В общем случае велика вероятность того, что в поле зрения (адаптации) оператора могут появиться визуальныесигналы разной интенсивности. При этом сигналы с большей яркостью могут вызвать нежелательное состояние глаз,называемое ослепленностью. Слепящая яркость определяется размером светящейся поверхности и яркостью сигнала, атакже уровнем адаптации глаза:L = Ln +3Ln3ω,ω — телесный угол, под которым оператору видна светящаяся поверхность (в стерадианах).Предельная величина уровня слепящей яркости для человека с нормальным зрением составляет 10* кд/м2.Следовательно, для создания оптимальных условий зрительного восприятия необходимо обеспечить не толькотребуемую яркость и контраст сигналов, но также и равномерность распределения яркостей в поле зрения.
В техслучаях, когда невозможно использовать для расчетов последнее соотношение, используют экспериментальные данныепо слепящей яркости для конкретных значений яркости поля адаптации, представляемые в виде таблиц. В качествепримера такие данные приведены в табл. 2.1. Можно воспользоваться рекомендациями из научных публикаций,указывающими на необходимость обеспечить перепады яркостей не более 1:30.Т а б л и ц а 2.1Яркость поля адаптации, кд/м2Яркость,дающаяощущение2ослепления, кд/м3,2 * 10-66,4 * 103,2 * 10-35 , 9 * 1023 , 2 * 10-12 , 1 8 * 1033,2 * 101 , 1 1 * 1043 , 2 * 1034,62 * 104Адаптация. Под адаптацией понимается уникальное свойство зрительной системы человека перестраиваться подизменяющиеся условия наблюдения объекта.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
