Лабораторная работа № 3 Цель работы:

Лабораторная работа № 3
Изучения процесса обнаружения визуального сигнала на фоне стационарных помех
Цель работы: исследование эффективности обнаружения визуального
зависимости от количества стационарных помех и времени экспозиции сигнала.
сигнала
в
Краткая теория
Учет определенных психофизических особенностей человека вообще и его зрительной
системы в частности необходим на этапах деятельности оператора, связанных с обнаружением и
опознанием сигнала.
Задача обнаружения оказывается особенно трудной, когда сигнал появляется на фоне шума.
Сигнал обычно воспринимается на каком-то фоне, который по отношению к зрительному образу
сигнала можно рассматривать как шум. Отметка, несущая информацию, т.е. выступающая в
качестве релевантного (существенного, способного служить для различения, опознания) сигнала,
оказывается смешанной с разного рода помехами. Случаи, когда световой сигнал появляется на
абсолютно темном фоне, в реальной деятельности человека практически не встречаются, но даже
и в этих идеальных случаях наблюдаются собственные шумы зрительной системы человека. Все
это дало обоснование рассматривать обнаружение сигнала как выделение сигнала из шума.
Применение статистической теории принятия решения привело к разработке теории обнаружения
сигнала.
Обнаружение сигнала на фоне шума считается эквивалентным статистической задаче
проверки гипотез. Происходит сравнение гипотез о наличии только сигнала и шума или только
шума и принимается определенное решение.
В простейшем случае все пространство входных процессов разбивается на:
1. пространство шумов
2. пространство сигналов
Так как пространство шумов все время флуктуирует, вероятности, с которыми наблюдатель
получает то или иное значение, могут быть описаны гауссовской кривой; точно так же может быть
описан постоянный по величине сигнал, поскольку величина сигнала суммируется с величиной
шума. Возбуждение одной и той же величины может возникнуть и в результате действия только
шума. Чтобы выделить сигнал, т.е. определить давался только шум или же шум и сигнал
одновременно, оператор устанавливает определенный критерий – критическое значение в ряду
наблюдений. Если каждое данное наблюдение оказывается выше критерия, он решает, что сигнал
был, если ниже – был только шум. Критерий делит всю область на два подмножества:
1. оператор решает, что сигнал был
2. оператор решает, что был только шум.
Так как область распределения сигнала и шума перекрывают друг друга, возможны четыре
варианта ответа:
1. правильное утверждение – сигнал был и ответ «да»
2. правильное отрицание – сигнала не было и ответ «нет»
3. пропуск сигнала – сигнал был, но ответ «нет»
4. ложная тревога – сигнала не было, но ответ «да»
Если стремиться избавиться от ложных тревог, то вместе с тем неизбежно будет чаще
пропускаться сигнал.
Если для наблюдателя все ответы одинаково безразличны, определенному значению
критерия будет соответствовать точка пересечения кривых шума и совокупности сигнала и шума.
Это справедливо, когда частоты появления смеси шума и сигнала и только шума одинаковы.
Если сигнал и шум появляются чаще, чем только один шум, то целесообразно понизить
критерий. Вероятность обнаружения сигнала возрастает, а связанное с этим увеличение числа
ложных тревог компенсируется тем, что сам шум появляется реже.
Выбираемый человеком критерий зависит от множества факторов, таких как априорное
значение вероятности появления сигнала, уровень настройки анализатора и т.д. Все факторы
определяются уровнем обученности и тренированности оператора.
Задача обнаружения изменений в информационном поле является одной из
малоисследованных. В то же время важность ее исследования является очевидной. При
проектировании оборудования автоматизированных систем управления возникает вопрос,
насколько успешно оператор может следить за изменениями обстановки, запоминая ее данные.
Нередко приходится полагаться на память оператора, поэтому полезно иметь представление о
способности человека запоминать изменения данных.
В связи с этим возникает задача определения максимального количества объектов, которые
человек может одновременно удерживать в памяти при условии динамического изменения
предъявляемой информации.
Обзор немногочисленных исследований по этому вопросу позволяет выявить основные
факторы, влияющие на эффективность решения задачи по обнаружению изменений в
информационном поле:
1. общий объем отображения
2. число критичных (новых или исчезнувших) объектов
3. число параметров объектов, которые могут изменяться, и, следовательно, должны
удерживаться в памяти
4. структура информационной модели
5. время экспозиции сигнала
6. характер и количество помех
7. продолжительность работы
Порядок выполнения работы
Помехи предъявляются на экране абстрактно тремя видами символов "","_" и "_". Сигнал
имеет ту же форму, как некоторые из помех. Сигнал может появиться в любом месте экрана с
равной вероятностью. Количество помех во время опытов будет варьироваться от 10 до 25
(экспериментальные точки - 10, 15, 25 помех). Расположение помех на экране равномерное.
Во время опытов изменяется время экспозиции сигнала.
В начале каждого опыта испытуемому предъявляется кадр с помехами для того, чтобы он
запомнил их расположение. Затем предъявляется кадр с таким же расположением и количеством
помех с добавлением сигнала или без него. Задача испытуемого состоит в обнаружении вновь
появившегося сигнала.
Занятие включает в себя 3 серии опытов:
I серия - переменным параметром является количество помех. Сигнал предъявляется на фоне
10 помех (15 кадров), 15 помех (15 кадров), 25 помех (15 кадров). Время экспозиции кадров
не ограничено.
II серия - та же программа при времени экспозиции:
T = 7 секунд.
III серия - та же программа при времени экспозиции:
T = 3 секунды.
Для удобства регистрации
ответов
испытуемого
экран проведения эксперимента
разбивается на 4 равных квадранта (четыре окна).
Испытуемый при обнаружении сигнала должен ввести номер квадранта, где по его
мнению появился сигнал. Если сигнал не обнаружен, то вводится 0.
Отчет должен содержать:
1. Краткое изложение цели и порядка выполнения работы.
2. Таблицы с результатами измерений времени реакции оператора и правильности принятого
им решения для каждой из трех серий опытов.
3. График зависимости среднего времени обнаружения сигнала от
количества помех на
экране при различной экспозиции сигнала. Три кривых:
- для неограниченной экспозиции;
- для Т = 7 секунд;
- для Т = 3 секунды.
4. График зависимости частоты обнаружения сигнала от
количества помех на
экране при различной экспозиции сигнала. Три кривых:
- для неограниченной экспозиции;
- для Т = 7 секунд;
- для Т = 3 секунды.
5. График зависимости ошибок от местоположения сигнала на экране. Две кривых:
- пропуски сигналов;
- ложные тревоги.
6. График зависимости среднего времени обнаружения сигнала от
длительности
экспозиции. Три кривых:
- для 10 помех;
- для 15 помех;
- для 25 помех.
7. График зависимости частоты обнаружения сигнала от
длительности экспозиции.
Три кривых:
- для 10 помех;
- для 15 помех;
- для 25 помех.
8. Анализ полученных результатов и выводы по работе.