Зрительный анализатор воспринимает до 90% всей информации окружающего мира. Она передаётся картинками, которые помогают сориентироваться во всех звуках, запахах и прочих раздражителей. Рецепторный аппарат включает в себя рецепторы двух типов: палочки и колбочки. Рецепторы первого типа чувствительны к свету любой длины волны. Второй тип относится к системе цветового зрения.
Раздражение воспринимается слоем фоторецепторов и передается на следующий уровень сетчатки – к биполярным клеткам. Последние в свою очередь передают информацию выходным элементам сетчатки ганглиозным (ганглионарным) клеткам, отростки которых формируют зрительный нерв. Одна ганглиозная клетка связана с группой рецепторов, называемой рецептивным полем.
Первый этап взаимодействия световых волн с рецепторами какого-либо вида – фотохимические реакции. При этом, действие квантов света вызывает разложение в фоторецепторах определенного количества зрительного пигмента. Этот процесс приводит к изменению проницаемости рецепторных мембран для ионов, что обуславливает возникновение рецепторных и генераторных электрических потенциалов. Последние генерируют в афферентном нервном волокне определенную серию нервных импульсов. Но данная серия импульсов кодирует не только частоты электромагнитных колебаний, не только энергию отдельных фотонов, а интенсивность света, т.е. общее количество фотонов и энергии, что проявляется как ощущение большей или меньшей яркости. Таким образом, наличие электромагнитных колебаний с определенной длиной волны кодируется в форме знака: факт появления импульсов в данном отделе анализатора свидетельствует о действии данной волны. Этому действию соответствует определенная модальность света, в виде знака представляющая электромагнитные волны данной длины. Электромагнитные колебания другой частоты действуют преимущественно на другие рецепторы и вызывают модальность цвета, но тоже в форме знака отражающую электромагнитные колебания своей частоты.
Интенсивность цвета при его восприятии зрительным анализатором воспроизводится в содержании отображения: материально – плотностью потока нервных импульсов в афферентных волокнах, идеально – яркостью ощущений. В зависимости от интенсивности цвета в рецепторах освобождается определенное количество пигмента, которому по логарифмической функции соответствует своя частота нервных импульсов, что и проявляется в сознании как ощущения различной яркости.
Зрительным анализатором отображаются размеры, место и форма предметов. Основой для такого отображения является пространственное и временное распределение активности фоторецепторов и проприярецепторов мышц, участвующих в зрении. В этом распределении пространственным параметром предметов соответствуют свои коды. Размеры предметов и расстояние до них кодируются количеством раздражаемых рецепторов сетчатки, а также величиной диспарации. В зависимости от размера предметов на сетчатке возникают оптические изображения разной величины. Количество рецепторов, захватываемых полученным оптическим изображением, кодирует размеры и, следовательно, форму предметов. Удаленность одного предмета от другого (глубину рельефа) кодирует величина диспаратного расхождения изображений предмета на сетчатке левого и правого глаза. С помощью зрительного анализатора определяется и число предметов, находящихся в поле зрения. На сетчатке получается столько изображений предметов, сколько последних находится в поле зрения, и изображения на сетчатке приводят к образованию того же количества психических образов.Зрительный анализатор включает в себя глаз, зрительный нерв, зрительный центр в затылочной части коры головного мозга. Глаз чувствителен к видимому диапазону спектра электромагнитных волн от 0,38 до 0,77 мкм. В этих границах различные диапазоны волн вызывают различные ощущения (цвета) при воздействии на сетчатку:
0,38-0,455мкм фиолетовый цвет;
0,455 - 0,47 мкм - синий цвет;
0,47 - 0,5 мкм - голубой цвет;
0,5 - 0,55 мкм - зеленый цвет;
0,55 - 0,59 мкм - жёлтый цвет;
0,59 - 0,61 мкм - оранжевый цвет;
0,61-0,77мкм-красный цвет.
Приспособление глаза к различию данного объекта в данных условиях осуществляется путём трёх процессов без участия воли человека.
Аккомодация - изменение кривизны хрусталика так, чтобы изображение предмета оказалось в плоскости сетчатки (наведение на фокус).
Конвергенция - поворот осей зрения обоих глаз так, чтобы они пересеклись на объекте различия.
Адаптация - приспособление глаза к данному уровню яркости. В период адаптации глаз работает с пониженной работоспособностью, поэтому необходимо избегать частой и глубокой переадаптации. Зрение имеет для человека первостепенное значение. Зрительный анализатор позволяет получить представление о предмете, его цвете, форме, величине, о том, находится ли предмет в движении или покое, о расстоянии его от нас, потенциальной опасности, которую он несет.
Зрительное восприятие начинается с фотохимического процесса. Под влиянием света, вещества, находящиеся между наружным слоем сетчатки и сосудистой оболочкой, разлагаются, возбуждая окончания нервных элементов глаза. При этом в соответствующей зоне головного мозга возникает зрительный образ. Кора мозга синтезирует детали зрительного акта и определяет наше отношение к зрительному образу.
Спектральная «чувствительность» глаза .
Непосредственно наш глаз реагирует на яркость, которая представляет отношение силы света (измеряемой в канделах – кд), излучаемой данной поверхностью, к площади этой поверхности. Яркость, таким образом, измеряется в кд/м2. При очень больших яркостях (более 30000 кд/м2) возникает эффект ослепления. Гигиенически приемлема яркость до 5000 кд/м2. Важнейшими характеристиками зрительного анализатора являются световая, контрастная и цветовая чувствительности.
Световая чувствительность. Световая чувствительность различна для различных областей видимого спектра и принимается за единицу при длине волны равной 0,555 мкм. Диапазон чувствительности по яркости весьма велик. Так, нижний порог чувствительности соответствует всего нескольким квантам света, а верхний, при котором создается эффект ослепленности, равен приблизительно 3×104 кд/м2 . Контрастная чувствительность определяет степень воспринимаемого различия между двумя яркостями, разделенными в пространстве или времени, т.е. позволяет ответить на вопрос, насколько объект должен отличаться по яркости от фона, чтобы его было видно. Контрастная чувствительность зависит от яркости фона, площади сигнала, его длительности.
Цветовая чувствительность. Глаз различает семь основных цветов и более сотни их оттенков. Оптический анализатор включает два типа рецепторов: колбочки и палочки. Первые являются аппаратами хроматического (цветового) зрения, вторые – ахроматического (черно-белого). При равенстве энергии воздействующих волн различия их длин ощущается как различия в цвете источников света или поверхностей предметов, которые его отражают. Зрительный анализатор обладает определенной спектральной чувствительностью, которая характеризуется относительной видимостью монохроматического излучения, большая видимость днем соответствует желто-оранжевой части спектра, а ночью или в сумерках - зелено-голубой. Спектральная чувствительность человеческого глаза показана на рис. 3. При длине волны 0,555 мкм достигается, таким образом, максимум чувствительности зрительного анализатора. Эта особенность зрения учитывается при проектировании средств обеспечения безопасности или предметов, которые должны легко обнаруживаться (например, одежда дорожных рабочих, костюм космонавта, «черный ящик» самолета).
Острота зрения.
При оценке восприятия пространственных характеристик основным понятием является острота зрения, которая характеризуется минимальным углом, под которым две точки видны как раздельные. Острота зрения зависит от освещенности, контрастности, формы объекта и других факторов. С увеличением освещенности, острота зрения возрастает. При уменьшении контрастности острота зрения снижается. Острота зрения зависит также от места проекции изображения на сетчатке глаза.
Инерция зрения.
Ощущение, вызванное световым сигналом, в течение определенного времени сохраняется, несмотря на исчезновение сигнала или изменение его характеристик, в течение 0,1 - 0,2 с. Известно, что при действии прерывистого светового раздражителя возникает ощущение мельканий. Из—за инерционных свойств зрения эти мелькания при определенной частоте сливаются в ровный немигающий свет. Частота, при которой мелькания исчезают, называется критической частотой слияния мельканий. В том случае, когда мелькания света используются в качестве сигнала, оптимальной частотой является частота в пределах 3-10 Гц. Инерция зрения, кроме того, обусловливает стробоскопический эффект. Он заключается в следующем: если время, разделяющее дискретные акты наблюдения, меньше времени сохранения зрительного образа (0,1 – 0,2с), то наблюдение субъективно ощущается как непрерывное. При этом возникает, например, иллюзия движения при прерывистом наблюдении отдельных объектов или иллюзия неподвижности (замедление движения), возникающая, когда движущийся предмет периодически занимает прежнее положение. В частности, при освещении пульсирующим светом вращающиеся части оборудования могут казаться неподвижными и представлять опасность для человека.
Поле зрения.
При восприятии объектов в двухмерном и трехмерном пространстве различают поле зрения и глубинное зрение. Бинокулярное поле зрения охватывает в горизонтальном направлении 120-160°, вертикали вверх - 55-60° и вниз - 65-72°. При восприятии цвета размеры поля зрения снижаются. Зона оптимальной видимости ограничена полем: вверх - 25°, вниз - 35°, вправо - °, влево по 32°. Глубинное зрение связано с восприятием пространства. Так ошибка оценки абсолютной удаленности на расстоянии до 30м составляет в среднем 12% общего расстояния.