ВЛИЯНИЕ ЗАСВЕЧИВАЮЩЕГО ДЕЙСТВИЯ НА ЗРИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗАТОР ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ОПЕРАТОРОМ ОРИЕНТАЦИИ КОСМИЧЕСКОГО ОБЪЕКТА

Ощепков Н. А., Лящукова С. М.

Психологический журнал 1986, Том 7, № 6. С. 46-51

 

 

 

В статье представлены результаты экспериментального исследования работы зрительного анализатора оператора в особых условиях — на пилотируемом космическом объекте (ПКО). В работе приводятся уникальные данные общих закономерностей влияния различных световых стимулов на восприятие, времени восстановления световой чувствительности (ВВСЧ) зрительного анализатора оператора в режиме астроориентации при работе с приборами. В материалах отражены общие закономерности ВВСЧ и даются практические рекомендации по обеспечению оптимального светового климата при работе оператора на ПКО. Общий характер и численные значения полученные в этом психофизическом эксперименте могут быть использованы для проектирования деятельности оператора, а также при нормировании основных светотехнических параметров и компановке СОИ в кабине ПКО.

Статья представляет интерес для психологов, специалистов в области приборостроения, технической эстетики и проксимики.

* * *

Исследования воздействия комплекса факторов внешней среды, влияющих на эффективность деятельности оператора, и обоснование для заданных условий выходных параметров технических средств отображения информации (СОИ) различных объектов управления подчинены решению проблемы обеспечения требуемых скорости, точности и надежности действий оператора и тем самым создания оптимальных условий для решения стоящих перед оператором задач [1]. Среди многообразия видов операторской деятельности можно выделить такие, в процессе выполнения которых оператору приходится работать в условиях переадаптации зрительного анализатора на неодинаковые по яркости и спектральным характеристикам объекты различения. Обеспечение успешности выполнения операторских функций в таких условиях требует поддержания, насколько это возможно, высокого уровня световой чувствительности зрительного анализатора. Если же деятельность оператора протекает еще и в условиях дефицита времени, то к обеспечений оптимального «светового климата» на рабочем месте оператора предъявляются и более строгие требования.

Характерными объектами управления, для обеспечения оптимальных условий деятельности которых появилась необходимость корректного учета адаптационных процессов зрительного анализатора, являются пилотируемые космические объекты (ПКО).

Как известно, ориентация ПКО может проводиться автоматически или же оператором с помощью специальных астровизирных средств. В процессе «ручной» ориентации оператор должен не только осуществлять путем непосредственного наблюдения поиск и визирование требуемых звезд, в том числе в условиях темновой адаптации, но и перио-

 

    


 Стр.47

дически проводить с помощью СОИ контроль систем и дистанционное управление пространственным положением объекта. Успешность выполнения задач ручной ориентации ПКО определяется при этом как качеством используемых оптических средств и систем управления, так и состоянием зрительных функций оператора, определяемых предысторией светотехнических характеристик внутрикабинного освещения и обеспечивающих контроль состояния систем управления приборов индикации.

Для поддержания высокого уровня световой чувствительности зрительного анализатора и обеспечения минимального времени переадаптации на заданную условиями ориентации звезду необходимо, чтобы средства индикации пульта оператора оказывали незначительное засвечивающее действие и при этом обеспечивали надежное восприятие оператором поступающей на СОИ информации.

Значительный объем экспериментальных исследований по определению общих закономерностей процессов адаптации был выполнен С. В. Кравковым, А. В. Луизовым, П. П. Лазаревым и В. Д. Глезером [2—5]. Полученные авторами результаты освещают проблему в целом и описывают преимущественно методы экспериментальных исследований восприятия информации в условиях темновой адаптации. Однако данные по времени достижения определенного уровня световой чувствительности сетчатки, представленные в указанных выше работах, оказались недостаточными для нормирования яркости индикаторных устройств СОИ ПКО. Это связано с чрезвычайной специфичностью зрительной задачи оператора ПКО, когда объектом различения является точечный коллимированный источник света — звезда определенной (+4) звездной величины. Кроме того, в ранее проводимых исследованиях засветка сетчатки производилась традиционными электрическими лампами накаливания с широким спектром излучения, представляющими собой блеские источники света. В процессе ориентации ПКО оператору приходится работать с индикаторными устройствами, большинство из которых выполнено на основе электролюминесцентных индикаторов (ЭЛИ) с явно выраженным спектром зеленого, желтого или красного цветов излучения с диффузным (ламбертовским) распределением светового потока, что, естественно, оказывает влияние на временные характеристики процесса переадаптации зрительного анализатора. По той же причине не удалось использовать результаты последующих работ В. В. Мешкова [6].

Наиболее близкими по условиям эксперимента к задачам ПКО являются результаты исследований, проведенных Ц. И. Кроль [7]. В работе показано, что засвечивающее действие от источника, создающего в течение 10 с на зрачке освещенность Е=5 лк, для центрального зрения сохраняется в течение 24 с. Однако определенные отклонения условий проведения указанного выше эксперимента не давали уверенности в возможности распространения результатов на условия, характерные для ПКО.

Отсюда понятна необходимость постановки исследований для получения данных по нормированию яркости приборов индикации СОИ ПКО, используемых на этапе астроориентации. Проведенные авторами исследования подтвердили, что полученные Ц. И. Кроль данные по времени восстановления световой чувствительности (ВВСЧ)1, совпа-


1 Принято под временем восстановления световой чувствительности (ВВСЧ) понимать время, по истечении которого состояние зрительных функций после засветки восстанавливается до начального уровня пороговой чувствительности при темновой адаптации. Здесь за ВВСЧ принимается время; по истечении которого происходит восстановление световой чувствительности до определенного уровня, обеспечивающего надежное различение точечного источника света, которым является звезда (+4) звездной величины.

   


 Стр.48

дая по общим закономерностям изменения ВВСЧ от длительности и яркости засвечивающего действия, в реальных условиях работы оператора ПКО имели существенные расхождения по временным характеристикам и не могли быть использованы в практике нормирования яркости индикаторных устройств СОИ ПКО.

Описываемые здесь экспериментальные исследования проводились в двух направлениях.

Первая часть исследований ставила своей целью получение общих закономерностей влияния цветности и яркости засвечивающего поля, а также времени засветки на характеристики ВВСЧ. В этой части исследований строго фиксировались условия опыта (линия визирования; расстояние наблюдения, 270 мм; угловой размер засвечивающего поля, α3=50°; световой поток и др.). Переменными факторами при проведении исследований были: цветность ЭЛИ (λ= 510, 570, 680 нм), яркость ЭЛИ (В3=1, 3, 5, 10 кД/м2), длительность засветки индикаторами (t3=5, 10, 15 с). Параметр ВВСЧ (tB) определялся по времени надежного различения «звезды» после засветки зрительного анализатора, происходящей от ЭЛИ.

Исследования проводились в темновой камере. Экспериментальная установка включала в себя: имитатор пульта оператора (ПО) со сменными кассетами ЭЛИ различной цветности, имитатор звезды (+4) звездной величины (ИЗ), устройство фиксации, обеспечивающее строго определенные условия проведения опытов. Экспериментальная установка была оборудована специальной аппаратурой управления и регистрации. С целью максимального сокращения времени перевода взгляда с индикаторов ПО на ИЗ индикаторы ПО и ИЗ устанавливались в поле «одновременного» (наблюдение индикаторов и ИЗ осуществлялось последовательно) бинокулярного наблюдения их оператором. Расстояние наблюдения и диафрагма ИЗ выбирались такими, чтобы освещенность на зрачке составляла Eзр = 6,65×10-8 лк (при телесном угле ω=1,37×10-5 ср). Источник подсвета ИЗ — лампа накаливания с цветовой температурой Тц = 2854° К (источник А).

При проведении второй части исследований основной задачей являлось получение рабочих характеристик ВВСЧ зрительного анализатора оператора в режиме астроориентации при работе его с приборами в условиях, максимально приближенных к кабине ПКО. По результатам этой части исследований необходимо было обеспечить получение данных по нормированию выходных светотехнических характеристик ЭЛИ для приборов, используемых на этапе проведения оператором астроориентации, и тем самым обеспечить отработку рекомендаций к режимам возбуждения ЭЛИ, учитывающих одновременно и технические особенности ЭЛИ (допустимый разброс параметров ЭЛИ, характеристики ЭЛИ в режиме пониженной яркости и т. д.). Временная диаграмма проведения второй части исследований при адаптации к полной темноте не отличалась от первой части исследований. Отличительные особенности условий проведения второй части исследований состояли в следующем:

— предварительная адаптация в опытах проводилась как к полной темноте, так и к цилиндрической освещенности в кабине ПКО, составляющей 20 лк; в первой части исследований адаптация проводилась только к полной темноте;

— засвечивающий световой поток был непостоянный, преимущественно ЭЛИ зеленого цвета свечения (в соответствии с реальной программой режима астроориентации); полученные в опытах данные по ВВСЧ для различных цветности и светового потока усреднялись;

— наблюдение за ПО (t3) проводилось с переводом взгляда (поворотом головы) с ПО на ИЗ, что, естественно, несколько меняло условия проведения опытов;

— при наблюдении за приборами ПО (tз) происходила частичная засветка сетчатки, в то время как в первой части опытов происходила полная засветка как центральной, так и периферической частей сетчатки;

   


 Стр.49

— визирование звезды осуществлялось монокулярно, т. е. соответствовало реальным условиям работы оператора с бортовыми астровизирными средствами;

— поиск и различение звезды проводились при различной яркости фона: Вф=0,05 кД/м2 и Вф=0, что соответствовало реально существующим условиям наблюдения звезд из кабины ПКО;

— для оценки «мешающего» действия светящихся элементов ПО (с учетом их цветности) пульт устанавливался в положение, в котором при визировании звезды световой поток от ЭЛИ попадал на периферию сетчатки, оказывая дискомфортное действие.

Количество одновременно включенных ЭЛИ на командно-сигнальном поле (КСП — до 26 зеленых индикаторов), световом табло (СТ — до 7 желтых и до 3 зеленых индикаторов) и состав их по цветности соответствовали режиму ориентации. Кроме ЭЛИ, на ПО были установлены бортовые часы (БЧ) с автономным внутренним освещением (источник подсвета — лампы накаливания, Е ≈ 8 лк) и блок клавишей (БК) с подсветом (яркость точечных ламп накаливания 20 кД/м2).

В соответствии с сформулированной целью исследований в эксперименте участвовали специально подготовленные операторы с нормальным зрением, которые проходили как при первоначальном отборе, так и в процессе исследований достаточно детальное обследование характеристик зрительных функций: остроты зрения, световой чувствительности и цветового зрения.

Основные результаты первой части исследований представлены на рис. 1. Для принятых условий эксперимента с повышением яркости засветки ВВСЧ возрастает, зависимость t= ƒ(B3) нелинейна и к тому же в области t> 4 с, практически независимо от tз, наблюдается снижение интенсивности роста времени восстановления световой чувствительности [8]. Как и следовало ожидать, при смещении цветности засвечивающего поля в область более коротковолнового излучения (680—510 нм) ВВСЧ заметно возрастает. Это связано с особенностью спектральной чувствительности сумеречного зрения и смещением максимума световой чувствительности в область более коротковолнового излучения.

При малых яркостях засветки (В≤ 3 кД/м2) и длительности воздействия засвечивающего поля (4—5 с) ВВСЧ слабо зависит от цветности ЭЛИ (рост tв составляет не более 9%). С ростом яркости (Вз > 5 кД/м2) разница в ВВСЧ для красного и зеленого цветов возрастает и составляет ~30%. При этом с увеличением tз на 5 с ВВСЧ возрастает на 16—20%. При одновременном росте яркости и времени засветки ВВСЧ возрастает в 1,5—2 раза. При этом более существенно сказывается и цветность засвечивающего поля — разница в ВВСЧ для зеленого и красного излучения увеличивается в 2—2,5 раза.

Результаты второй части исследований представлены на рис. 2, на котором показаны полученные в опытах зависимости ВВСЧ от времени засветки при изменении яркости засветки (от 0,5 до 10 кД/м2) для двух значений яркости фона (ВФ = 0 и Вф = 0,05 кД/м2). Здесь важно отметить следующее: для tз ≤ 10 с значение ВВСЧ определяется в основном уровнем засвечивающей яркости и слабо зависит от времени засветки. При увеличении времени засветки более чем на 10 с, особенно с ростом яркости засветки, ВВСЧ резко возрастает и в функции t= ƒ(t3) более заметно начинает проявляться нелинейность. Характер зависимости tв = ƒ(B3) в данной серии опытов по сравнению с результатами первой части исследований принципиально не меняется, однако значения ВВСЧ заметно отличаются, снижаясь в 3—4 раза (см. рис. 1). При малых уровнях засветки (0,5—1,0 кД/м2) и tз < 10 с наличие фоновой засветки приводит к некоторому увеличению ВВСЧ. С ростом же яркости засветки (В≥ 5 кД/м2) фоновая засветка, вуалируя действие последовательного зрительного образа, снижает ВВСЧ [9].

   


 Стр.50

 

 

 

 

 

 

Рис. 1. Зависимость времени восстановления световой чувствительности (tв) от яркости засветки (В3) при изменении времени засветки (t3=5, 10, 15 с) для различной цветности) засвечивающего поля: крестик — красное излучение ЭЛИ (λm=680 нм); кружок — желтое излучение ЭЛИ (λm=570 нм); треугольник — зеленое излучение ЭЛИ (λm=510 нм)
Рис. 2. Зависимость времени восстановления световой чувствительности (tв) от яркости засветки (В3) при различном времени засветки (tз=5, 10, 15 с) для различных значений яркости фона: пунктир Вф = 0; сплошная линия Вф = 0,05 кД/м2


Из зависимостей, показанных на рис. 2, видно, что при малых яркостях засветки (0,5—1,0 кД/м2) ВВСЧ в большей степени зависит от яркости, чем от времени засветки. Малые уровни засветки (В< 1 кД/м2 и t< 10 c) практически не выводят сетчатку из состояния темновой адаптации, и ВВСЧ имеет незначительную величину (менее 1 с). В данных опытах не наблюдается характерного для первой части исследований участка интенсивного роста ВВСЧ в области 3—5 кД/м2 засвечивающей яркости, что можно объяснить существенным уменьшением угловых размеров засвечивающего поля.

Из сравнения данных по ВВСЧ первой и второй частей исследований следует, что большему угловому размеру засвечивающей яркости соответствует и большее время сохранения последовательного зрительного образа, а следовательно, и большее значение ВВСЧ.

При проведении исследований была выполнена специальная серия опытов по оценке переадаптации зрительного анализатора в условиях, имитирующих выключение общего освещения в кабине ПКО после длительной адаптации оператора к освещенности ~20 лк. Полученные в опытах данные по времени порогового обнаружения (tпо) и времени надежного различения звезды (tв') позволили определить характер изменения ВВСЧ в начальный период после выключения общего освещения. Средние значения tв' и tпо имеют следующие величины: tв' = 15,7 с и tпo = 3,2 с (при Вф = 0); tв' = 11,6 с и tпо = 2,4 с (при Вф = 0,05 кД/м2). Как видно из полученных данных, по сравнению с условиями предварительной адаптации к полной темноте в данном случае ВВСЧ возрастает в 4—5 раз, и это обстоятельство необходимо учитывать при составлении программы работы оператора в режиме астроориентации ПКО.

Учитывая, что наличие дискомфорта, связанного с мешающим действием засветки периферии зрительного анализатора от светящихся элементов индикаторных устройств ПО при работе оператора со средствами астроориентации, не только влияет на ВВСЧ, но и приводит к повышенной утомляемости оператора, в процессе проведения исследо-

   


 Стр.51

ваний ставилась дополнительная серия опытов. В ней были определены предельно допустимые значения яркости ЭЛИ (5пр) для исследуемого состава аппаратуры с учетом их цветности и времени ВВСЧ при переадаптации с Еа = 20 лк в положении ПО, когда светящиеся элементы его оказывали мешающее действие. Следует отметить, что приборы БЧ и БК во всех опытах не вносили сколько-нибудь заметного влияния на ВВСЧ, так как световой поток их по сравнению с ЭЛИ очень мал.

Полученные в исследованиях результаты по ВВСЧ обеспечили отработку практических рекомендаций к проектированию деятельности оператора и выходным параметрам электролюминесцентных приборов, используемых при проведении астроориентации ПКО. Так, при монокулярном визировании звезды, допустимом значении ВВСЧ 3—4 с, изменении яркости фоновой засветки зрительного анализатора светящимися элементами приборов индикации до 15 с и адаптации оператора к полной темноте яркость свечения ЭЛИ для всех трех цветов излучения их может быть допущена не более 5 кД/м2.

При наличии постоянной засветки в периферии зрения светящимися элементами пульта оператора со световым потоком, соответствующим условиям проведения описываемых опытов, допустимое значение яркости засветки должно быть снижено до 0,5 — для зеленого, 2 — для желтого и 4 кД/м2 — для красного цветов свечения ЭЛИ. Если же требуется снизить ВВСЧ (t< 3 с), то должна быть или уменьшена яркость ЭЛИ, или снижено допустимое время проведения оператором контроля по приборам со световым отсчетом, или же на пульте оператора в данном режиме по возможности должны быть исключены ЭЛИ с зеленым цветом свечения. При этом, естественно, следует одновременно учитывать и необходимость обеспечения оптимальных условий восприятия информации, выводимой на пульт оператора.

Для конкретных перспективных ПКО, при смене индикаторной техники и при постановке перед оператором новых задач требования к светотехническим характеристикам СОИ в определенных пределах могут меняться. Однако общий характер и численные значения полученных при проведении исследований зависимостей ВВСЧ от рассмотренных переменных внешних факторов могут быть взяты в основу проектирования деятельности оператора и использованы при нормировании основных светотехнических параметров и компановке СОИ в кабине ПКО.

Учитывая явно выраженный нелинейный характер зависимости яркости излучения ЭЛИ от возбуждающего напряжения в режиме пониженной яркости и достаточно строгие требования к выходным характеристикам их при проведении оператором астроориентации ПКО, требования к допуску выходного напряжения источников возбуждающего напряжения и воспроизводимости параметров ЭЛИ при их изготовлении должны быть существенно повышены.

 

ЛИТЕРАТУРА

1. Ломов Б. Ф. Человек и техника. М., 1966.

2. Кравков С. В. Глаз и его работа. М., 1950.

3. Луизов А. В. Инерция зрения. М., 1961.

4. Лазарев П. П. Исследования по адаптации. М.— Л., 1947.

5. Глезер В, Д. Механизмы опознания зрительных образов. М.— Л., 1966.

6. Мешков В. В. Основы светотехники. Ч. 2. М., 1970.

7. Кроль Ц. И. Оценка слепящего действия светильником рассеянного света для промышленных предприятий.— Светотехника, 1959, № 8, с. 5—9.

8. Мясоедова Е. И. Исследование зависимости слепящего действия точечного блеского источника от его расположения в поле зрения.— Светотехника, 1969, № 1, с. 18—21

9. Мясоедова Е. И. Исследование закона суммации яркости вуалирующей пелены.— Светотехника, 1968, № 11, с. 8—13.