《第3章 人体感知与信息处理讲义》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第3章 人体感知与信息处理讲义(39页珍藏版)》请在金锄头文库上搜索。
1、第3章 人体感知与信息处理,3.1 人在系统中的功能,3.1.1 人是系统中的重要“环节” 把操作者作为人机系统中的一个“环节”来研究,人与外界发生联系的主要是三个子系统,即感觉系统、神经系统、运动系统,见图3-1。,3.1.2 人的感知与反应机能,1. 反射弧 反射是神经系统调节肌体活动的一种基本形成。反射活动的全部结构组成反射弧;反射弧具有五个基本环节,即感受器 传入神经元 中间神经元 传出神经元 放应器,见图3-2(a)。,2. 信息链 人机系统的信息在人的神经系统中的循环过程形成信息链,见图3-2(b)。 3.1.3 感觉通道与信息的协调 人机系统中的最常用的感觉通道是视觉通道、听觉通
2、道和触觉通道。其适用场合参阅表3-1。,3.2 视觉机能及其特征,3.2.1 视觉刺激 视觉的适宜刺激是光。人的两眼可以感受到的光波只占整个电磁光谱的一小部分,其波长为380780nm,见图3-3。 3.2.2 视觉系统 视觉是由眼睛、视神经和视觉中枢的共同活动完成的,见图3-4 。 眼睛是视觉的感受器官,人眼是直径为2125mm的球体,其基本构造与照相机类似,见图3-5 。 视网膜最外层细胞包括视杆细胞和视锥细胞,它们是接受信息的主要细胞。,3.2.3 视觉机能,1.视角与视力 视角:确定被看物尺寸范围的两端点光线射入眼球的相交角度。 =2arctg(D/2L) 视角; D被看物体上两端点的
3、直线距离; L眼睛到被看物体的距离; 视力:眼睛分辨物体细微结构能力的一个生理尺度,以临界视角的倒数来表示。 视力=1/能够分辨的最小物体的视角,2. 视野与视距 视野:指人的头部和眼球固定不动的情况下,眼睛观看正前方物体时所能看得见的空间范围,常以角度来表示。分水平视野(单视野/双视野)和垂直视野,见图3-6。 视距:指人在操作系统中正常的观察距离,几种工作视距推荐值参阅表3-2。 3. 中央视觉和周围视觉 中央视觉视维细胞(感色能力强、能清晰分辨物体)。 周围视觉视杆细胞(观察空间范围和正在运动的物体)。,4. 双眼视觉和立体视觉,双眼视物时,具有分辨物体深浅、远近等相对位置的能力,形成立
4、体视觉。 5. 色觉和色视野,见图3-7。 6. 暗适应和明适应,见图3-8。,视觉特征:,1.疲劳程度:水平优于垂直。 2.视线变化习惯:左右,上下,顺时针。 3. 准确性:水平尺寸和比例的估计更准确。 4.观察情况的优先性:左上右上左下右下。视区 内的仪表布置必须考虑这一点。 5.设计依据:以双眼视野为设计依据。 6 .接受程度:直线轮廓优于曲线轮廓。 7.颜色的易辨认顺序:红、绿、黄、白; 颜色相配时的易辨认顺序:黄底黑字、黑底白字、蓝底 白字、白底黑字。 据上述特征,适用视觉的原则参阅表3-2。,3.3 听觉机能及其特征,3.3.1 听觉刺激 听觉的适宜刺激是声音,声音的声源是振动的物
5、体,人的听感范围:2020000HZ。 3.3.2 听觉系统 起主要作用的部位:内耳耳蜗 起辅助作用的部位:外耳、中耳、内耳的其它部分,见图3-9。 3.3.3 听觉的物理特性 1 .频率响应(感受性) 人耳能听闻的频率比为fmin/fmax=1:1000; 频率感受的上限随着年龄的增长而逐年连续下降,见图3-10; 听觉的频率响应特性对听觉传示装置的设计是很重要的。,2. 动态范围(声音的强度) 听觉声强的动态范围=正好可忍受的声强 / 正好能听见的声强。 (1)听阈:在最佳的听闻频率范围内,一个听力正常的人刚刚能听到给定各频率的正弦式纯音的最低声强Imin。 (2)痛阈:对于感受给定各频率
6、的正弦式纯音,开始产生疼痛感的极限声强Imax。 (1)与(2)都与频率有关系,是在某一频率下的听阈值或痛阈值。 (3)听觉范围:由听阈和痛阈两曲线所包围的听觉区,见图3-11。,3.方向敏感度(双耳效应) (1)时差:t=声源到两耳的时间差。人耳可觉察到的声 信号入射的最小偏角为3。 (2)人耳对不同频率、不同方向的声音的感受能力不同,见图3-12。由于头部的掩蔽效应,造成声音频谱的改变。 4.掩蔽效应 掩蔽:一个声音被另一个声音所掩盖的现象。 掩蔽效应:一个声音的听阈因另一个声音的掩蔽作用而提高的效应。,3.4 其他感觉机能及其特征,3.4.1 肤觉 肤觉是仅仅次于听觉的一种感觉,可感受多
7、种外界刺激,形成多种感觉。 1. 触觉 2. 温度觉 3. 痛觉 3.4.2 本体感觉 本体感觉系统包括耳前庭系统和运动觉系统,可感受身体和四肢所在位置的信息。,3.5 神经系统机能及其特征,3.5.1 神经系统 1. 中枢神经系统,包括脑和脊髓。 2. 周围神经系统,中枢神经以外全部神经的总称,见图3-13。 3.5.2 大脑皮质功能定位 1. 躯体感觉区,见图3-14(a) 2. 躯体运动区,见图3-14(b) 3. 其他功能区,3.6 人的信息处理系统,3.6.1 人的信号处理系统模型 人在人机系统中特定操作活动中的作用,可类比为一种信息传递和处理过程,见图3-15。 3.6.2 信息计
8、量 信息:对数据加工后所得的结果。 信息可以严格定量,信息量用bit为基本单位。 定义H=log22n。 其中:H信息量 n某信号中所含的二进制码的个数,用概率定义,若出现“0”的概率不是1/2,而是P,出现“1”的概率是1-P,则该信息量可由下式计算: H=-Plog2P-(1-P)log2(1-P); 注:当P=1/2时,恰好H=-log2(1/2)=log22,若信号源S中有n个相互独立的不同信号,某个信号j出现的概率为Pj,且Pj之和为1,j信号应出现nPj次,则所有信号的平均信息量为: H=(-nP1log2P1-nP2log2P2-nPnlog2Pn)/n =-Pjlog2Pj (
9、j=1n) 显然,当Pj=1/n时,H达到最大 Hmax=(1/n)*log2n=log2n 当n=2时,即与一位二进制编码表达的最大信息量一致 H=log221=log22 Hmax=log22,3.6.3感觉的信息处理,人的反应时间与感觉刺激物的刺激量有关。 1.信息传输速度 C=H/T 其中:C信息传输速率; H传输的信息量;T传输的时间 人的感觉通道的信息传输速率见图3-16。 2.采样 采样间隔取决于刺激的频率。 若刺激的变化频率为F,则T=1/2F,由此可见,采样频率降低,则采样周期延长。,3.编码 辨认工作数码、字母、斜线 搜索定位颜色、数码、形状 计数工作数码、颜色、形状 比较或验证各方法几乎没有区别 编码方式的优劣参阅表3-3。,3.6.4中枢信息处理,记忆是各种信息处理活动的基础,一般分为三种形式: 1. 感觉信息储存 2. 短时记忆 3. 长时记忆,记忆曲线见图3-17。,附录,第3章所附插图,图3-1,返回,图3-2,返回,图3-3,返回,图3-4,返回,图3-5,返回,图3-6,返回,图3-7,返回,图3-8,返回,图3-9,返回,图3-10,返回,图3-11,返回,图3-12,返回,图3-13,返回,图3-14,返回,图3-15,返回,图3-16,返回,图3-17,返回,