人体感知与信息处理及输出系统讲解课件

1、第三章 人体感知与信息处理及输出系统第三章 导学 学习内容与目标： 了解人与外界发生联系的三个子系统；了解人体的主要感觉通道及其适用场合。 人在系统中的功能1人体的主要感觉通道与适用信息人的感知响应过程第三章 导学 掌握人眼可以感受到的光波的波长范围，视杆细胞和视锥细胞的主要性质，视角、视力、临界视角的概念及计算公式；了解视野与视距、中央视觉和周围视觉、双眼视觉和立体视觉、色觉和色视野，理解暗适应和明适应的概念和过程；掌握人的视觉特征。视觉机能及其特征2视觉刺激视觉机能视觉系统视觉特征视错觉第三章 导学 掌握人的听感范围，声压级的定义和计算方法，听阈和痛阈的概念；了解双耳效应产生的原因，理解听

2、觉的方向敏感性与频率的关系；掌握掩蔽、掩蔽效应和听觉残留的概念。3听觉机能及其特征听觉刺激听觉系统听觉特性第三章 导学4 人的信息处理系统 了解人机之间的信息传递和处理过程。 掌握反应时间的概念、组成及分类；了解人体动作轨迹特征；理解运动速度与准确性的关系。5人的信息输出系统反应时间运动速度运动准确性第三章 导学重点：难点：1.视角、视力、临界视角的概念及计算公式；2.声压级的定义和计算方法，双耳效应产生的原因，听觉的方向敏感性与频率的关系，掩蔽、掩蔽效应和听觉残留的概念。1.人眼可以感受到的光波的波长范围，视杆细胞和视锥细胞的主要性质，视角、视力、临界视角的概念及计算公式，人的视觉特征；2.

3、人的听感范围，声压级的定义和计算方法，听阈和痛阈的概念，掩蔽、掩蔽效应和听觉残留的概念；3.反应时间的概念、组成及分类。3.1 人在系统中的功能 人是系统中的重要“环节”，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。1.人的感知响应过程 人接受到外界信息（刺激）而作出一定反应，这一过程称为感知响应过程。2.人体的主要感觉通道及其适用场合，见表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3-2。3.2.2 视觉系统 视觉是由眼睛、视神经和视觉中枢的共

4、同活动完成的，见图3-3 。 眼睛是视觉的感受器官，人眼是直径为2125mm的球体，质量约为7g。其基本构造与照相机类似，见图3-4。 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，其主要性质见表3-2。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（单位：）； D被视对象上两端点的直线距离； L眼睛到被视对象的距离，称为视距。 3.2.3 视觉机能 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/临界视角 临界视角：能够分辨的最小物体的视角（单位：） 按标准规

5、定，人站在离视力检查表5m远处观看表中第十行“E”字，若能分辨清楚，视力为1.0即视力正常，此时的临界视角=1。3.2.3 视觉机能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3-5，3-6。 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3-3。 一般应根据观察目标的大小和形状以及工作要求确定视距，普通操作的视距范围在3876cm之间，在56cm处最为适宜。3.2.3 视觉机能3.中央视觉和周围视觉中央视觉视锥细胞（感色能力强、能清晰分辨物体）。周围视觉视杆细胞（

6、观察空间范围和正在运动的物体）。 如果周围视觉的视野范围缩小到10以内称为工业盲。3.2.3 视觉机能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，形成立体视觉。5.色觉和色视野 色视野是指颜色对眼的刺激能引起感觉的范围，见图3-7。6.暗适应和明适应 当人从亮处进入暗处时，需要经过一段适应的时间才能看清物体，这种适应过程称为暗适应，反之为明适应。见图3-8。3.2.4 视觉特征1.眼睛运动速度及疲劳程度：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.观察优先性：左上右上左下右下（图3-9）。视区内的仪表布置必须考

7、虑这一点。5.设计依据：应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。（图3-10：交通标志） 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3-11）3.3.3 听觉特性1.人耳的听觉范围（1）声音的物理学计量 计量声波强度的物理量有：声功率、声强和声压。 另外定义的三个相应的量为：声功率级

8、、声强级和声压级。这三个量值的名称为分贝（dB）。 3.3.3 听觉特性（2）声压级与分贝 人耳所能听到的声音，其声压范围很宽。听阈：刚刚能听见的有效声压，约为 。痛阈：刚刚能刺痛耳朵的有效声压，约为20Pa。 声压级的定义: 声压p与基准声压p0比值的对数的20倍，称为该声压的声压级，即 声压级与人耳感受，见表3-5。3.3.3 听觉特性（3）听觉区域与听力损失 听阈和痛阈之间就是人的听觉可以正常感受的范围，见图3-12。人能感受的频率范围：2020000Hz人最敏感的频率范围：10003000Hz 随着年龄增大，人对高频声波的感受能力逐渐减弱，但对1000Hz以下低频声波的感受能力变化不大

9、。 见图3-13。3.3.3 听觉特性2.方向敏感度（双耳效应） 双耳效应产生的原因：声音到达两耳的微小时间差、强度差和由于头部对声音阻挡而使声音频谱发生改变。 声音的频率越高，辨别声音方向越容易，即：听觉的方向敏感性随频率增大而增大。 右耳的方向敏感性与声音频率的关系见图3-14。3.3.3 听觉特性3.掩蔽效应 掩蔽：一个声音（主体声）被另一个声音（掩蔽声）所掩盖的现象。 掩蔽效应：主体声的听阈因掩蔽声的掩蔽作用而提高的效应。 听觉残留：掩蔽声去掉后，掩蔽效应并不立即消除的现象。3.4 人的信息处理系统 在人和机器相互作用的过程中，最本质的联系是信息交换，可以类比为一种信息传递和处理过程。

10、3.5 人的信息输出系统 人机系统中，操作者接受系统信息并经中枢加工后，对系统作出反应，这一环节称为操作者的信息输出。 人的信息输出有语言输出、运动输出等多种形式。 运动输出的质量指标是反应时间、运动速度和准确性。 3.5.1 反应时间 反应时间（RT）又称为反应潜伏期，它是指刺激和反应的时间间距。 RT 反应时间tz 反应知觉时间（自出现刺激到开始执行 操纵的时间）td 动作时间（执行操纵的延续时间）RT=tz+td3.5.1 反应时间反应时间呈现的刺激只有一个，要求人做出的反应也是一个。呈现的刺激多于一个，要求人对不同刺激作出一一对应的不同反应。呈现的刺激多于一个，要求人只对其中某种刺激作

11、出预定反应，而对其余刺激不作反应。简单反应时析取（辨别）反应时选择反应时3.5.1 反应时间 三种反应时间中，简单反应时间最短，辨别反应时间次之，选择反应时间最长。 辨别反应时间和选择反应时间随着刺激数目增多而延长。下表是刺激数目对辨别反应时间影响的一项测试结果。 3.5.2 运动速度 水平运动快于垂直运动，前后运动快于左右运动，从上往下的运动快于从下往上，顺时针运动快于逆时针运动； 手向着身体的运动比离开身体的运动灵活； 圆形轨迹的动作比直线轨迹动作灵活； 连续改变方向的曲线运动快于突然改变方向的折线运动； 运动方向对定位运动速度的影响，见图3-15， 运动方向和距离对重复运动速度的影响，见

12、图3-16。 单手可在此手一侧60范围内自如运动；双手只在左右各30范围内自如运动；正中方向及附近，单、双手运动最自如（见图3-17）。3.5.3 运动准确性准确性是运动输出质量的重要指标。运动准确性包括： 运动方向的准确性 ； 运动量（操纵量）的准确性 ； 运动速度的准确性； 操纵力的准确性。3.5.3 运动准确性1.运动速度与准确性 运动速度与准确性二者间存在互相补偿的关系，描述其关系的曲线称为速度-准确性特性曲线，见图3-18。2.盲目定位运动的准确性 手的盲目定位运动准确性，见图3-19。3.运动方向与准确性 手臂运动方向对准确性的影响，见图3-20。4.操作方式与准确性不同控制操作方

13、式对准确性的影响，见图3-21。本章思考题1、人体的旋转、直线加速度是由何种感觉器官 感知？属于何种感觉类型？ 2、分述在光线很弱（强）的条件下起感觉作用的是视网膜内壁上的什么视觉细胞？各有何性质？3、人最敏锐的视力是在什么 范围内？4、观看展示物的最佳视区在 什么范围内？5、简述简单反应时、析取反应时和选择反应时的特点。本 章 结 束本 章 所 附 插 图图3-1 人与外界的协调模式返回图3-2 全部电磁光谱中的可见光谱返回图3-3 人的视觉系统返回图3-4 眼睛结构示意图返回 在水平面内，双眼视区大约在左右62以内区域，在标准视线左右各1020视野内可以辨别字；在标准视线左右各530视野内

14、可以辨别字母；在标准视线左右3060范围可以辨别颜色。人最敏锐的视力是在标准视线两侧各1的范围内。图3-5 人的水平视野图3-6 人的垂直视野 在垂直面内，标准视线为水平视线，最大视区为视平线以上50到视平线以下70。站立时的自然视线低于水平线10，坐着时自然视线低于水平视线15；人在很松驰的状态下，站着和坐着时的自然视线偏离标准视线分别是30和38。观看展示物的最佳视区在低于标准视线30的区域里。返回图3-7 人的色视野返回图3-8 暗适应与明适应返回图3-9 观察情况的优先性右上限左上限左下限右下限返回图3-10 交通标志禁止驶车禁止超车解除禁止超车注意行人注意危险注意儿童返回图3-11 人耳的构造（a）人耳的基本结构（b）耳蜗返回图3-12 听阈 、痛阈与听觉区域 返回图3-13 听力损失曲线返回图3-14 右耳的方向敏感性与声音频率的关系返回图3-15 手向各方向运动的时间差异返回图3-16 不同区域内手指敲击运动速度差异返回图3-17 单手与双手能较快自如运动的区域返回图3-18 速度-准确性特性曲线返回图3-19 手的盲目定位运动准确性返回图3-20 手臂运动方向对准确性的影响返回图3-21 不同控制操作方式对准确性的影响返回 (a) (b) (c)本 章 所 附 表 格表3-1 不同感觉通道的适用场合返回表3-2 视网膜视杆细胞和视锥细胞的不同性