3人的生理心理因素及运动输出(程卫民、王玉华).doc

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1、3人的生理心理因素及运动输出本章学习目标：1. 掌握人的感觉和知觉特征、视觉特性、听觉特性；掌握人的个性心理与安全生产的关系；掌握影响人的信息处理能力的因素；掌握影响人的反应时间的因素。2. 理解人的非理智行为的心理因素；理解人的行为的共同特征和个体差异；理解影响人体作用力的因素。3. 了解颜色和声音的心理作用；了解人体活动和脑力劳动时机体的调节与适应。3.1人的生理因素与安全作业3.1.1人的生理特征人体由呼吸系统、消化系统、运动系统、泌尿系统、生殖系统、循环系统、内分泌系统、感觉系统和神经系统9个系统组成。这9个子系统在中枢神经系统和体液统一支配和调节下，构成了一个相互独立，又相互联系、相

2、互制约统一的有机体。人的日常活动需要以上各系统的协同参与。如果把操作者作为人机系统中的一个环节来研究，从系统安全角度考虑，人在作业时主要通过感觉、神经和运动3个系统与外界直接发生联系，人体的其他6个子系统，起到辅助和支持作用。人机系统图如图3-1所示。人在人机系统中的作用可由图3-2来加以说明，人在操作过程中，机的运行状况由显示装置显示，经人的眼、耳等感觉器官感知，再经过中枢神经系统的分析、加工和处理，将结果由人的手、脚等运动器官，运动器官操纵机械的控制部件，使机在新的状态下继续工作。机的工作状态再次被显示装置显示，再由人的感觉器官感知，形成一个闭环系统，如此循环直至中间任何环节中断而停止。人

3、和机的沟通受外界环境的影响。在人机系统中，人与机械及环境相互适应，显示装置、控制装置的设计符合人的感觉器官、运动器官的生理特性，才能建立安全、高效、舒适、健康的人机系统。图3-1 人机系统图图3-2 人机系统工作示意图 显然，要使上述的闭环系统有效运行，就要求人体结构中许多部位协同发挥作用。首先是感觉器官，它是操作者感受人机信息系统的特殊区域，也是系统中最早可能产生误差的部位；其次，传入神经将信息由感觉器官传到大脑的理解和决策中心，决策指令再由大脑传出神经传到肌肉；最后，是身体的运动器官执行各种操作动作，即所谓作用过程。对于人机系统中人这个环节，除了感知能力、决策能力对操作效率有很大影响外，最

4、终的作用过程可能是对操作者效率的最大限制。研究人的感觉系统、神经系统和运动系统的机能特点及其功能限度，是研究人机环境系统的整体效率提高的基础。3.1.2人的神经系统神经系统是人体最主要的机能调节系统，人体各器官、系统的活动，都是直接或间接地在神经系统的控制下进行的。人机系统中人的操作活动，也是通过神经系统的调节作用，使人体对外界环境的变化产生相应的反应，从而与周围环境之间达到协调统一，保证人的操作活动得以正常进行。神经系统可以分为中枢神经系统和周围神经系统两部分。见图3-3。图3-4为人的神经系统结构图。图3-3 人的神经系统神经系统中枢神经周围神经脊髓按解剖分脑神经；脊神经按功能分感觉（传入

5、）神经运动神经（传出）脑：延髓；脑髓；中脑；间脑；小脑；大脑躯体运动神经（支配骨骼肌)植物性神经（支配内脏器官）图3-4 人的神经系统结构3.1.3人的感知特性1）人的感觉和知觉（1） 感觉 感觉是事物直接作用于感觉器官时，对事物个别属性的反映。例如拿到一瓶饮料时，我们可以通过视觉、嗅觉、味觉等感觉器官感受到它的颜色、气味、口感等不同属性。感觉虽然是一种极简单的心理过程，可是它在我们的生活实践中具有重要的意义。人对客观事物的认识是从感觉开始的，它是最简单的认识形式。有了感觉，我们就可以分辨外界各种事物的属性，因此才能分辨颜色、声音、粗细、轻重、味道、气味、冷热等；有了感觉，我们才能了解自身各部

6、分的位置、运动、姿势、饥饿、心跳；有了感觉，我们才能进行其它复杂的认识过程。失去感觉，就不能分辨客观事物的属性和自身状态。因此，我们说感觉是各种复杂的心理过程（如知觉、记忆、思维）的基础，就这个意义来说，感觉是人关于世界的一切知识的源泉。人体的感觉系统又称感官系统，是人体接受外界刺激，经传入神经和神经中枢产生感觉的机构。人的感觉按人的器官分类共有7种，通过眼、耳、鼻、舌、肤5个器官产生的感觉称为“五感”，此外还有运动感、平衡感等。我们有时称前面“五感”为外部感觉，后两种感觉为内部感觉。感觉的基本特征包括适宜刺激、感觉阈限、适应、相互作用、对比、余觉等6个方面。 适宜刺激 人体的各种感觉器官都有

7、各自最敏感的刺激形式，这种刺激形式称为相应感觉器官的适宜刺激。人体各主要感觉器的适宜刺激及其识别特征如表3-1所示。 感觉阈限 刺激必须达到一定强度方能对感觉器官发生作用，能被感觉器官所感受的刺激强度范围，称作感觉阈限，也称绝对感觉阈限。刚刚能引起感觉的最小刺激量，称为该感觉器官的感觉阈下限，若刺激的能量低于此阈值，人就不能感觉到信号的存在，只有信号的能量超过此阈值，才能被人的感觉器官接收；能产生正常感觉的最大刺激量，称为感觉阈上限。刺激强度不允许超过上限，否则不但无效，反而还会引起相应感觉器官的损伤。当刺激的能量分布在绝对感觉阈限的上下限之间时，感觉器官不仅能感觉刺激的存在，而且能感受刺激的

8、变化或差别。刚刚能引起差别感觉的刺激最小差别量，称为差别感觉阈限，也叫最小可觉差别。对最小差别量的感受能力叫差别感受性。差别感受性与差别感觉阈限成反比。不同感觉通道的最小可觉差别很不一致。表3-2列出了人类各种感官对刺激信号能量的感觉范围和对信号能量差异的辨别能量参数。表3-3列出了人的部分感觉器官对刺激信号能量频谱分布感觉范围，以及对刺激信号能量频谱分布的辨别能力参数。表3-1 人体主要感觉器官适宜刺激、识别特征及作用感觉感觉器官适宜刺激识别外界的特征阈限作用视觉眼睛一定频率范围的电磁波色彩、明暗、形状、大小、位置、远近、运动方向等在晴朗的黑夜里，一个烛光可见到的距离为30英里鉴别听觉耳一定

9、频率范围的声波声音的强弱和高低，声源的方向和位置等在安静的条件下，手表滴嗒声可听到的距离为20英尺报警联络味觉舌头和口腔的一些特殊细胞溶于唾液溶解的物质甜、酸、苦、咸、辣等两加仑水中的一匙糖鉴别嗅觉鼻腔粘膜上的一些毛细胞挥发和飞散的物质香气、臭气、辣气等挥发物的性质一滴香水扩散到有6个房间的公寓的空间中报警鉴别触觉皮肤及皮下组织皮肤表面的变形弯曲触觉、痛觉、温度觉和压力等从1 cm距离落到你脸上的一个苍蝇的翅膀报警深部感觉机体神经和关节物质对机体的作用撞击、重力和姿势等调整表3-2 人类各种感觉器官对刺激信号能量的感觉范围与分辨能力感觉刺激信号能量范围刺激信号能量分辨能力范围最小可察觉量最大允

10、许量相对辨别绝对辨别视觉2.25.710-10 erg（尔格）（1 erg=10-7 J）约为阈值下限的109倍，大致相当于正午时的雪亮度在实用范围内白光的相对辨别可达570个等级0.150毫朗伯（1毫朗伯=3.183 1 cd/m2）范围内，白光的绝对分辨率可达35个等级听觉110-9 erg/cm2约为阈值下限的1014倍，大致相当于喷气飞机点火后产生的轰鸣声2 000 Hz的声波相对辨别可达325个等级对纯音的绝对分辨率可达35个等级机械振动在人的指尖部位可察觉振幅为0.000 25 mm的振动随刺激的范围，受到刺激部位及个体差异的不同而各不同，当强度超过阈值下限40 dB时，就会产生痛

11、觉振幅为0.050.5 mm时，胸部的相对辨别可达15个等级35个等级触压觉随身体部位和刺激类型的不同而不同，如大拇指指面0.026 erg，指尖为0.0361.090 erg，手臂为0.0320.113 erg随测量部位、刺激物接触的时间久暂，以及标准刺激和比较刺激间的时间间隔不同而变化嗅觉很大程度上受刺激材料的影响。几项典型参数为：香草醛210-7 mg/m3，硫醇210-5 mg/m3，乙醚1.0 mg/m3味觉很大程度上受客体的温度影响。几项典型参数为：糖0.02 mol，硫酸喹啉410-7 mol温度觉200 cm2的皮肤裸露在温度变化速率为6.310-4 J/cm2/s的环境中，3

12、 s即产生热的感觉200 cm2的皮肤裸露在温度变化速率为0.916 J/cm2/s的环境中，3 s即产生痛觉机体动觉当关节以10 /min的速率运动0.20.7就可察觉。一般说大关节感受性强些角加速度觉典型参数为：皮肤和肌肉感觉1 /s2，眼球震颤运动1 /s2，眼球转动错觉0.12 /s2当58 G正向力持续1 s以上会导致黑视甚至意识丧失，反向力为34.5 G持续数小时的重力刺激会导致意识紊乱，产生“红视”和极度头痛线加速度觉在飞机上可察觉0.02 G的加速度力和0.08 G的减速力（1 G=0.01 m/s2）当纵向力作用人体（力矩方向从头到脚）时，其极限参数同角加速度感觉表3-3 部

13、分感觉器官对刺激信号能量频谱分布的感受范围和分辨能力感觉刺激信号能量频谱分布感觉范围刺激信号能量频谱分布辨别能力最低频率（阈限下限）最高频率（阈限上限）相对辨别绝对辨别色调300 nm1 500 nm对中等强度的可见光谱约可分辨出128个色度等级1213个色度等级白光闪光占空比为0.5的中等强度白光约在50 Hz左右产生融合占空比为0.5的中等强度白光在115 Hz的频率范围内可分辨出375个等级不超过56个等级纯音20 Hz20 000 Hz在2020 000 Hz频率范围内响度为60 dB时约可分辨出1800个等级45个声调间歇白噪声占空比为0.5的中等强度白噪声约在2 000 Hz产生融

14、合占空比为0.5的中等强度，白噪声间歇率为145 Hz时约可分辨出460个等级机械振动高强度刺激时可察觉到10 000 Hz的振动在1320 Hz范围内可分辨出180个等级在安全人机工程学中，对感觉的下限使用3种不同的定义，即阈值、最小可觉差别和绝对差别。阈值是指产生感觉的最低限度的物理能量，亦即能量大小变化时，人们刚刚能察觉到该能量存在的量，通常指被用于指定人对某种物理能量产生感觉的最小值。最小可觉差别是指人对两种能量强度作比较时，能感觉到差别的最小值，通常被用于人对前后两种不同强度能量之间是否有区别的测量。绝对差别是指在两种能量强度之间不能直接比较时，认可察觉出差别的最小值。绝对差别通常用

15、于人们确定能量强度是否与以前某个时期存在的另外一个不同能量的测量。 适应 感觉器官经连续刺激一段时间后，在刺激不变的情况下，敏感性会降低，人的感觉会逐渐减小以致消失，产生感觉器官的适应现象。 相互作用 一种感受器官只能接受一种刺激和识别某一种特征。眼睛只接受光刺激，耳朵只接受声刺激。人的感觉印象83%来自眼睛，11%来自耳朵，6%来自其他器官。同时有多种视觉信息或多种听觉信息，或视觉与听觉信息同时输入时，人们往往倾向于注意一个而忽视其它信息。在一定条件下，各种感觉器官对其适宜刺激的感受能力都将受到其他刺激的干扰影响而降低，由此使感受性发生变化的现象称为感觉的相互作用。如同时输入两个相等强度的听

16、觉信息，对其中一个信息的辨别能力将降低50，并且只能辨别最先输入的或是强度校大的信息。当视觉信息与听觉信息同时输入时，听觉信息对视觉信息的干扰较大，视觉信息对听觉信息的干扰较小。 对比 同一感受器官接受两种完全不同但属同一类的刺激物的作用，而使感受性发生变化的现象称为对比。感觉的对比分为同时对比和继时对比两种。几种刺激物同时作用于同一感受器官时产生的对比称为同时对比。例如，同样一个灰色的图形，在白色的背景上看起来显得颜色深一些，在黑色背景上则显得颜色浅一些，这是无彩色对比。而灰色图形放在红色背景上呈绿色；放在绿色背景上则呈红色，这种图形在彩色背景上而产生向背景的补色方向变化的现象叫彩色对比。几

17、个刺激物先后作用于同一感受器官时，将产生继时对比现象。例如，吃了糖以后接着吃带有酸味的食品，会觉得更酸。又如，左手放在冷水里，右手放在热水里，过一会以后，再同时将两手放在温水里，则左手感到热，右手会感到冷，这都是继时对比现象。 余觉 刺激取消以后，感觉可以在极短时间存在，这就是余觉现象。（2） 知觉 知觉是人脑对直接作用于感觉器官的客观事物和主观状况的整体反映。它为我们对外界的感觉信息进行组织和解释。在认知科学中也可看作一组程序，包括获取感官信息、理解信息、筛选信息、组织信息。人的知觉一般分为空间知觉，时间知觉，运动知觉与社会知觉等，它们有如下共同特征。 整体性 我们对物体整体的认识通常要快于

18、对局部的认识，此特性使得人们可以根据客观事物的部分特征即可将其作为一个整体而被知觉。知觉之所以具有整体性，是因为客观事物对人而言是一个复合的刺激物。由于人在知觉时有过去经验的参与，大脑在对来自各感官的信息进行加工时，就会利用已有经验对缺失部分加以整合补充，将事物知觉为一个整体。如图3-5所示的扑克牌，虽然不能看到牌的全部，但丝毫不影响我们对其整体性判断和感知。图3-5 不完整的扑克牌刺激物的性质、特点和知觉主体的经验是影响知觉整体性的两个重要因素。一般来说，刺激物的关键部分、强的部分在知觉的整体性中起着决定作用。如图3-6所示。图3-6 影响知觉整体性的因素 恒常性 是指尽管作用于我们感官的刺

19、激在不断地变化，我们所知觉到的物体却保持着相当程度的稳定性。知觉恒常性是经验在知觉中起作用的结果，也就是说，人总是根据记忆中的印象、知识、经验去知觉事物的。在视知觉中，恒常性表现得特别明显。视知觉恒常性主要有以下几方面。第一，大小恒常性。看远处物体时，人的知觉系统补偿了视网膜映像的变化，因而知觉的物体是其真正的大小。第二，形状恒常性。是指看物体的角度有很大改变时，知觉的物体仍然保持同样形状。形状恒常性和大小恒常性可能都依靠相似的感知过程。如当一扇门打开时，人总是知觉门是长方形。例如，在观看自己的照片时，虽然在视网膜上形成的像比自己小得多，但在知觉中我们依然能够像观看本人一样大小。第三，明度恒常

20、性。一件物体，不管照射它的光线强度怎么变化，而它的明度是不变的。邻近区域的相对照明，是决定明度保持恒定不变的关键因素。例如，无论在白天还是在夜空下，白衬衣总是被知觉为白色的。第四，颜色恒常性。是与明度恒常性完全类似的现象。因为绝大多数物体之所以可见，是由于它们对光的反射，反射光这一特征赋予物体各种颜色。一般说来，即使光源的波长变动幅度相当宽，只要照明的光线既照在物体上也照在背景上，任何物体的颜色都将保持相对的恒常性。恒常性还包括味道恒常，如我们看到“草莓”图片或者听到“草莓”一词就可以想到它的酸甜味道。图3-7 草莓 理解性 知觉的理解性指的是人在知觉某一客观对象时，总是利用已有的知识经验（包

21、括语言）去认识它。人在知觉过程中并不单单是分析其对新事物的照相式的反映，而且还有过去的经验参与对新事物加以理解。在知觉信息不足或复杂情况下，知觉的理解性需要语言的提示和思维的帮助。如当我们在欣赏一幅图画时，艺术欣赏水平高的人，不但能了解画的内容和寓意，而且还能根据自己的知识经验感知到画的许多细节；而缺乏艺术欣赏能力的人，则无法知觉到画中的细节问题往往随着提示语言的进一步说明，对这幅图的理解越来越准确，甚至有种恍然大悟的感觉。这说明语言的指导能唤起人们已有的知识和过去的经验，使人对知觉对象的理解更迅速、完整。但是，不确切的语言指导，会导致歪曲的知觉。图3-8为语言对知觉的理解性的影响。图3-8

22、语言对知觉理解性的影响 选择性 知觉的选择性指的是人们能迅速地从背景中选择出知觉对象。客观事物每时每刻都在影响着我们的感觉器官，但并不是所有的对象都同样的被知觉。人们总是有选择地以少数对自己有重要意义的刺激物作为知觉的对象。知觉的对象能够得到清晰的反映，而背景只能得到比较模糊的反映。例如当我们在边听歌边用电脑打字时，就会经常发现注意力会在电脑屏幕和歌声之间进行无规律转化。当我们在观察双关图形时常常会在不同的两个图形知觉中来回转换，这说明知觉过程中存在着竞争，见图3-9。知觉适应是指在刺激输入变化的情况下，我们仍然能够调整知觉返回到原来的状态。 (a) (b)图3-9 知觉的选择性(a)老妇少女

23、双关图；(b)人头花瓶双关图从知觉背景中区分出对象来，一般取决于下列条件。第一，对象和背景的差别。对象和背景的差别越大（包括颜色、形态、刺激强度等方面），对象越容易从背景中区分出来，并优先突出，给予清晰的反映。如用红色评阅试卷，用抑扬顿挫的语调和适当的手势动作等来授课都是使想要被对象被优先感知。第二，对象的运动。在固定不变的背景上，活动的刺激物容易成为知觉对象，如航标用闪光作信号，各种仪表上的指针，街头闪烁的霓虹灯等都易被知觉。第三，主观因素。人的主观因素对于选择知觉对象相当重要，当任务、目的、知识、经验、兴趣、情绪等因素不同时，选择的知觉对象便不同。“仁者见仁、智者见智”、“樵夫进山只见柴草

24、，猎人进山只见禽兽”都说明了主体的需求状态对知觉选择性的影响。 错觉 错觉是对外界事物不正确的知觉，是知觉恒常性的颠倒。例如，在大小恒常性中，尽管视网膜上的映像在变化，而人的知觉经验却完全忠实地把物体的大小和形状等反映出来。反之，错觉表明的另一种情况是，尽管视网膜上的映像没有变化，而人知觉的刺激却不相同。再如，身穿深色的衣服使人看起来瘦一些，身穿浅色的衣服会让人看起来胖一些。（3） 感觉和知觉的关系 感觉和知觉既有联系，又有区别。二者都是客观事物直接作用于感觉器官而在大脑中产生对所作用事物的反映。人脑中产生的具体事物的印象总是由各种感觉综合而成的，没有反映个别属性的知觉，也就不可能有反映事物整

25、体的感觉，所以，知觉是在感觉的基础上产生的，知觉是感觉的综合，感觉到的事物个别属性越丰富、越精确，对事物的知觉也就越完整，越正确。感觉反映个别属性，是简单加工过程，知觉反映整体属性，是复杂加工过程；感觉取决于客观事物自身的属性，知觉不仅取决于客观事物自身的属性，还与人的知识、经历、训练有关。2）人的视觉机能和特性视觉是可见光波刺激视分析器所产生的感觉，是人和动物最重要的感觉通道。大千世界，外界物体的大小、明暗、颜色、动静等对机体生存具有重要意义的各种信息，大约有83的外界信息需要经视觉器官获得，而且当视觉信息与其它同时传入的信息相互矛盾时，人会主要根据视觉信息作出相应的反应行为。（1） 视觉刺

26、激 视觉的适宜刺激是光，光是辐射的电磁波。人类所能接受的光波只占整个电磁波的一小部分。波长在380780 nm（1 nm=10-9 m）的范围内，它约占整个光波的1/70，如图3-10所示，并可区别光的亮度和一定范围的颜色，在此波长范围之外的电磁波射线（380 nm以下的紫外线，780 nm以上的红外线）人的眼睛都不能感觉到。视觉中的色调、明度、饱和度，是由光波的物理性质决定的。图3-10 可见光波长/nm（2） 视觉系统 视觉系统是神经系统的一个组成部分，它使生物体具有了视知觉能力。 它使用可见光信息构筑机体对周围世界的感知。视觉系统具有将外部世界的二维投射重构为三维世界的能力。视觉系统包括

27、眼、视觉传入神经和大脑皮层视区等3部分。 眼，又称眼球，是视觉的外周感受器。它是一个直径约为2125 mm的球状体，其解剖结构。眼睛的结构和照像机相似。眼睛的瞳孔、晶状体和视网膜分别相当于照相机的透镜孔、透镜和胶卷。形成视觉的主要功能结构是眼球正中线上的折光部分和位于眼球后部的感光部分。折光部分由角膜和白色不透明的巩膜组成。角膜是透明的光滑结膜，约占眼球全面积的1/6，凭借其弯曲的形状实现眼球的折光功能。巩膜主要起巩固和保护眼球的作用。虹膜位于角膜和水晶体之间，中间有一圆孔即瞳孔，瞳孔的直径大小可根据光的强弱而自行调节，其变化范围为28 mm。在瞳孔后面是一扁球形弹性透明体，叫晶状体，它起着透

28、镜作用。视网膜是眼睛的感光部分，视网膜内的感光细胞将接受到的光刺激转化为神经冲动，见图3-11，从而把光能转换为神经电信号，这种电信号经三层神经元传至大脑。视网膜最外层的神经细胞最重要，其中包括视杆细胞和视锥细胞，它们是接受信息的主要细胞。视杆细胞在低水平照明时（如夜间）起作用，区别黑白，对光谱绿色部分最敏感，在视网膜远离中心处最多，对极弱的刺激敏感；视锥细胞在高水平照明时（如白天）起作用，区别颜色，对光谱黄色部分最敏感，在视网膜的中部最多，主要在识别空间位置和要求敏锐地看物体时起作用。 图3-11 人眼结构图（3） 视觉机能 视觉机能包括视角、视敏度、视野、视距、适应性等内容。 视角 视角是

29、被看对象物的两点光线投入眼球时的相交角度，用来表示被看物体与眼睛的距离关系。视角的大小既决定于物体的大小，也决定于物体到眼睛的距离。如图3-12所示。 图3-12 视角D-人眼角膜到物体的距离；A-物体的大小 则有： （3-1）由上式可以看出，视角的大小与人眼到物体的距离成反比。眼睛对目标细节刚能区分和不能区分的临界状态下的视角，称为临界视角。一定条件下人们是否能看清物体并不取决于物体的尺寸本身，而是取决于视角的大小。 视敏度 视敏度指对相邻目标或目标细节的分辨能力（即临床医学上称的视力），以临界视角的倒数来表示。视敏度的基本特征在于辨别两点之间距离的大小。分辨两点之间的距离越小，即视角越小表

30、明视敏度越高，视力越好。通常用大写字母“C”或“E”标测定视敏度，如图3-13。图3-13 标准对数视力表进行车辆驾驶时外界信息绝大部分要通过视觉器官获得，有研究表明，驾驶员的视敏度随着车速的升高而逐渐下降。对于健康眼而言，当车速为0（静止）时，视力为1.2；当车速为30 Km/h，视力为0.9；当车速为40 Km/h，视力为0.8；当车速为70 Km/h时，视力为0.5。由此可看出，当车速达到72 Km/h时，其视力下降58%，这将严重影响驾驶员对外界事物的辨别能力，极易导致交通事故的发生。从工程生理和心理学以及安全人机学角度分析驾驶员的视觉信号和视觉特性两大因素，建立针对驾驶员的信号和视觉

31、特性模型对于提高驾驶安全具有十分重要的意义。视敏度的好坏由视网膜分辨影像能力的大小来判定，然而当眼的屈光介质（如角膜、晶体、玻璃体等）变得混浊或存在屈光不正（包括近视、远视、散光等）时，即使视网膜功能良好的眼视敏度仍会下降。 影响视敏度的主要因素是亮度、对比度、背景反射与物体的运动等。亮度增加，视敏度可提高；但过强的亮度反而会使视敏度下降。在亮度好的情况下，随着对比度的增加，视敏度也会更好。视敏度在一昼夜变化很大，清晨视敏度较差，夜晚更差，只有白天的35%。 视野 视野也称视场，是指人的眼球与头部在规定的条件下，人眼可观察到的水平面与铅垂面内所有的空间范围。当头部与眼睛静止不动时，人眼可察觉到

32、的水平面与铅垂面内所有的空间范围称作直接视野。头部保持在固定位置，眼睛为了注视目标而移动时，能依次注视到的水平面与铅垂面内所有的空间范围称为眼动视野。眼动视野分为单眼视野和双眼视野。身体保持在固定位置，头部与眼睛转动注视目标时，能依次注视到的水平面与铅垂面内所有的空间范围称为观察视野。视野常以角度来表示。正常人两眼的视野如图3-14所示。图3-14 人的水平视野和垂直视野(a)水平视野；(b)垂直视野a. 综合视野 在水平面内的视野，两眼视区大约在左右60以内的区域。人的最敏感的视力是在标准视线每侧1的范围内。单眼视野界限为标准视线每侧94104。在垂直面内的视野，最大视区为标准视线以上50和

33、标准视线以下70。颜色辨别界限在标准视线以上30和标准视线以下40。实际上，人的自然视线是低于和标准视线的。正常视线是指头部和两眼都处于放松状态，头部与眼睛轴线之夹角约为105110时的视线，该视线在水平视线下约2535，见图3-15。图3-15 人眼的正常视线眼动视野和观察视野的最佳值可参考下面公式得到。最佳的视野范围可见图3-16、图3-17和图3-18所示。眼动视野最佳值=直接视野最佳值+眼球可轻松偏转的角度（头部不动） （3-3）观察视野最佳值=眼动视野最佳值+头部可轻松偏转的角度（躯干不动） （3-3）(a)(b)(a)(b)图3-16 最佳的直接视野(a)水平方向；(b)垂直方向(

34、a)(b)图3-17 最佳的眼动视野(a)水平方向；(b)垂直方向(a)(b)图3-18 最佳的观察视野(a)水平方向；(b)垂直方向b. 色觉与色觉视野 人眼的视网膜除能辨别光的明暗以外，还有很强的辨色能力。光有能量大小与波长长短的不同。光的能量表现为人对光的亮度感觉；而波长的长短则表现为人对光的颜色感觉。人眼大约可以分辨出180多种颜色，因而产生多种多样的彩色感觉。人的视网膜可以辨别波长不同的光波，在波长为380780 nm的可见光谱中，光波波长只要相差3 nm，人眼就可分辨，但主要是红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等7种。日常人们看见的都是由不同波长的光线混合起来的光。可见光谱中不同波长引起的

35、不同颜色的感觉大致如表3-4。 表3-4 各种颜色的波长与波长范围/nm 颜色标准波长波长范围紫色420380450蓝色470450480绿色510480575黄色580575595橙色610595620红色700620780有些人由于生理因素，而导致缺乏辨别某种颜色的能力，称为色盲；若仅对辨别某种颜色的能力较弱，则称为色弱。可见光谱中各种颜色的波长不同，对人眼刺激不同，人眼的色觉视野也不同。图3-19是人眼对不同颜色的视野。由此看出，白色视野范围最宽，水平方向达180，垂直方向达130。其次是黄色和蓝色。最窄是红色和绿色，其水平方向达60，垂直方向红色为45，绿色只有40。色觉视野还受背景颜

36、色的影响，图3-20是不同色彩背景条件下观察色彩的感知识别距离的变化曲线。图3-19 人的水平和垂直方向的色觉视野 图3-20 不同色彩背景下观察色彩的识别距离生活中还有很多与颜色相关的视觉现象值得去注意和研究，如颜色对比、颜色适应、颜色恒常等。颜色对比（color contrast），是两种不同的色光同时作用于视网膜的相邻区域，或者相继作用于视网膜的同一区域时，颜色视觉所发生的变化。前者是同时对比现象，后者是继时对比现象。例如，注视黄色背景上的一小块灰色纸片几分钟，你就会感觉到灰色的纸片呈蓝色；同理，在绿色背景上灰色纸片会呈红色，这是同时对比（simultaneous contrast）现象

37、。若在灰色背景上放一块颜色纸片，注视短时间后再撤走纸片；或先注视颜色纸片，再插入灰色背景，你就会在背景上看到原来颜色的补色。这是继时对比（或连续对比）（successive contrast）。无论是同时对比还是继时对比，它们主要是色调对比。颜色对比现象还有其他方面的表现，例如，同一种颜色在亮的背景上看起来不如在暗的背景上看起来亮些，这是明度对比现象。明度对比产生的现象是视网膜区的活动引起临近区域相反活动的结果。颜色适应（vision adaptation），在黑暗中经过较长的时间，视网膜的感受性会发生变化，这是一种适应现象。注视一个红色纸片半分钟，然后注视灰色背景，色觉会发生逆转，这就是一种

38、适应。色适应与色对比有时很难划分，但研究者通常把先看到的色光对后看到的色光的影响叫作色适应。我们用实验的方法来表征这种现象。以每秒钟一次的黄色小闪光投射在注视点上，观察者注视红色强光视野，待适应后再回头看原来的黄色闪光。开始闪光变成了绿色，经过一段时间后才逐渐增加了黄色的感觉成分，几分钟后，才完全恢复黄色闪光的感觉。这就是典型的颜色适应现象。颜色恒常性（color constancy），人眼对物体颜色的感知，在外界条件变化的时候，仍能保持相对不变，表现出颜色常性（或颜色恒常性）。这对人类适应环境的过程具有重要意义。试想，若缺乏这种能力，我们的感觉完全遵循实际的物理刺激，那么一块在阳光下的煤就应

39、是白亮的，一支白色粉笔在阴影里是灰黑的了，因为实测发现在阳光下煤的明度（反射系数）比阴影里的粉笔的明度大得多。若是这样，我们的日常生活将陷于混乱，甚至无法生存。c. 视区 视区即视力范围。在视网膜上分布着视锥细胞多的中央部位，其感色力强，同时能清晰地分辨物体，用这个部位视物的称为中央视觉。视网膜上视杆细胞多的边缘部位感受多彩的能力较差或不能感受，故分辨物体的能力差。但由于这部分的视野范围广，故能用于观察空间范围和正在运动的物体，称其为周围视觉或边缘视觉。在一般情况下，既要求操作者的中央视觉良好，同时也要求其周围视觉正常。而对视野各方面都缩小到10以内者称为工业盲。放松状态下，视力范围可相应扩大

40、。头部眼球固定不动而又不必看得太清的情况下，视力范围可扩大到38；头部不动，眼球转动而又不必看得太清的情况下，视力范围可达120；头部眼球均可动而又不必看得太清的情况下，视力范围可达220。按对物体的辨认效果，即辨认的清晰程度和辨认速度，分为4个视区，见表3-5。表3-5 视区范围及特点视区名称范围辨认效果垂直方向水平方向中心视区1.531.53最为清晰最佳视区视水平线下1520在短时间内能辨认清楚物体形象有效视区上10，下3030需要集中精力，才能辨认清楚物体形象最大视区上60，下70120可感到物体形象存在，但轮廓不清楚 视距 视距是人眼观察操作系统中指示装置的正常距离。视距过大或过小都会

41、影响认读的速度和准确性，而且观察距离与工作的精细程度密切相关。一般操作的视距在380760 mm之间，小于380 mm会使人感到眼晕，大于760 mm会看不清细节，其中以580 mm为最佳距离。实际操作中应根据具体要求来选择最佳视距。表3-6为几种工作视距的推荐值。表3-6 几种工作视距的推荐值任务要求视距/cm固定视野直径/cm举例备注最精细的工作12252040安装最小部件（表、电子元件）完全坐着，部分地依靠视觉辅助手段精细工作2535（多为3032）4060安装收音机、电视机坐着或站着中等粗活50以下至80印刷机、钻井机、机床旁工作坐着或站着粗活5015030250包装、粗磨多为站着远看

42、150以上250以上看黑板、开车坐着或站着 适应性 当光的亮度不同时，视觉器官的感受性也不同，亮度有较大变化时，感受性也随之变化。视觉器官的感受性对光刺激变化的相顺应性称为适应，人眼的适应性分为暗适应和明适应两种。当人从亮处进入暗处时，刚开始看不清物体，而需要经过一段适应的时间后，才能看清物体，这种适应过程称为暗适应。暗适应过程开始时，瞳孔逐渐放大，进入眼睛的光通量增加。同时对弱刺激敏感的视杆细胞也逐渐转入工作形态，因而整个暗适应需30 min左右才能趋于完成。与暗适应情况相反的过程称为明适应。明适应过程开始时，瞳孔缩小，使进入眼中的光通量减少；同时转入工作状态的视锥细胞数量迅速增加，因为对较

43、强刺激敏感的视锥细胞反应较快，因而明适应过程一开始，人眼感受性迅速降低，30 s后变化很缓慢，大约1 min后明适应过程就趋于完成。暗适应和明适应曲线见图3-21。图3-21 暗适应与明适应人的视觉器官虽有一定的亮暗适应特征，但是如果亮暗频繁变换，需要眼睛频繁调节，就不能很快适应光亮的变化，这样不仅增加人眼的视觉疲劳，而且还会造成观察和判断失误，从而有可能导致安全生产事故发生。因此，在实际生产中，要避免光线亮度的频繁改变，无法避免时，应尽量采取措施缓和光线的亮度变化。如要求工作面的亮度变化均匀，避免阴影；环境和信号的明暗差距变化平缓；工厂车间的局部照明和普通照明不要相差悬殊；从一个车间到另一个

44、车间要经历一个车间到车间外空旷地带，由暗变亮的过程，再到另一个车间即由车间外较亮处到较暗处，眼睛由亮到暗的适应过程，所以，经常出入两车间的工人，应该配备墨镜，尤其是阳光强烈的时候更应该加强对眼睛的防护。 （4） 视错觉 视错觉是指注意只集中于某一因素时，由于主观因素的影响，感知的结果与事实不符的特殊视知觉。视错觉是视觉的正常现象。这是因为人们观察物体和图形时，由于物体或图形受到形、光、色干扰，加上人的生理、心理原因，会产生与实际不符的判断性视觉错误。引起视错觉的图形多种多样，据它们引起错觉的倾向性可分两类：一类是数量上的视错觉，包括在大小、长短方面引起的错觉。另一类是关于方向的错觉。图3-22

45、为常见的几种视错觉。图3-22 常见的几种视错觉(a)长度错觉；(b)对比错觉；(c)光渗错觉；(d)位移错觉；(e)翻转错觉；(f)运动错觉 图(a)中均为等长的线段，因方向不同或附加物的影响，感觉竖线比横线长，上短下长，左长右短。 图(b)中左边两角大小相等。因二者包含的角大小不等，感觉右边的角大于左边的角；五条垂线等长，因各线段所对的角度不等，感觉自左至右逐渐变长。 图(c)中两圆直径相等，因光渗作用引起颜色上浅色大深色小的错觉，感觉到左圆大右圆小。 图(d)中的水平线和正方形，由于其它线的干扰，感觉发生弯曲。 图(e)中，当眼睛注视的位置不同，图形可见虚实的翻转变化。图(f)中，由于线段末附加有箭头，使人感觉有图形方向感和运动感。图3-23 旋转错觉视错觉有害也有益。在人机系统中，视错觉有可能造成观察、监测、判断和操作的失误。但在工业产品造型中可以利用视错觉，以获得满意的心理效应。例如，在房间内装饰和控制室的内部装饰设计中，对四壁墙面常采用纵向线条划分所产生视错觉，来增加室内空间的透视感，使空间显得长些；相反，也可利用横向线条划分所产生的视错觉，来改善室内空间的狭长感，使空间显得宽些。另外，交通中利用圆形比同等面积的三角形或正方形显得要大1/10的视错觉，标准中规定用圆形表示“禁止”或“强制”的标志。