第9章人的信息处理系统课件.ppt
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1、第九章第九章 人的信息处理系统人的信息处理系统-本章内容本章内容n人的信息处理系统模型人的信息处理系统模型n感知系统的信息加工感知系统的信息加工n中枢(认知)系统的信息加工中枢(认知)系统的信息加工n人的信息输出人的信息输出n案例:人机工程学在汽车主动安全系统案例:人机工程学在汽车主动安全系统设计中的应用设计中的应用- 为了解释人的认知活动,认知工效学家将人模拟成一个与计为了解释人的认知活动,认知工效学家将人模拟成一个与计算机类似的信息处理系统。人的信息处理系统的基本组成部分如算机类似的信息处理系统。人的信息处理系统的基本组成部分如图图9-19-1所示。所示。 第一节第一节 人的信息处理系统模
2、型人的信息处理系统模型 一、人的信息处理系统结构一、人的信息处理系统结构图图9-1 人的信息处理系统的结构图人的信息处理系统的结构图-(一)感觉系统:人的信息处理的第一个阶段是感觉。在这一阶段,(一)感觉系统:人的信息处理的第一个阶段是感觉。在这一阶段,人通过各种感觉器官接受外界的信息,然后把这些信息传递给人通过各种感觉器官接受外界的信息,然后把这些信息传递给中枢信息处理系统。中枢信息处理系统。(二)中枢信息处理系统:人的认知系统接收从感知系统传入的经(二)中枢信息处理系统:人的认知系统接收从感知系统传入的经过编码后的信息,并将这些信息存入本系统的工作记忆中,同过编码后的信息,并将这些信息存入
3、本系统的工作记忆中,同时从长时记忆中提取以前存入的有关信息和加工规律,进行综时从长时记忆中提取以前存入的有关信息和加工规律,进行综合分析后做出如何反应的决策,并将决策信息输出到运动系统。合分析后做出如何反应的决策,并将决策信息输出到运动系统。 (三)反应(运动)系统:它执行中枢信息系统发出的命令,产生(三)反应(运动)系统:它执行中枢信息系统发出的命令,产生人的信息处理系统的输出。人的信息处理系统的输出。 第一节第一节 人的信息处理系统模型人的信息处理系统模型 一、人的信息处理系统结构一、人的信息处理系统结构- 第一节第一节 人的信息处理系统模型人的信息处理系统模型 二、信息、信息量与信息传递
4、模式二、信息、信息量与信息传递模式(3)信息传递模式。人机系统中,信息在信息源和信宿(信息接)信息传递模式。人机系统中,信息在信息源和信宿(信息接 收者)之间传递过程通常有三种模式:收者)之间传递过程通常有三种模式: 1)信息源发出的信息被信宿完全接收。)信息源发出的信息被信宿完全接收。 2)信源发出的信息在传递过程中消耗殆尽。)信源发出的信息在传递过程中消耗殆尽。 3)从信源发出的信息虽然有些损耗,信宿收到的信号也混有某)从信源发出的信息虽然有些损耗,信宿收到的信号也混有某些噪声成分,但仍有部分信源发出的信息被有效地传送到了信宿。些噪声成分,但仍有部分信源发出的信息被有效地传送到了信宿。(1
5、)信息。信息是能消除事先不能确定的情况的信号或知识,)信息。信息是能消除事先不能确定的情况的信号或知识,它存在于一切事物中,是一种抽象量。它存在于一切事物中,是一种抽象量。 (2)信息量。信息量是人机系统中设计时考虑的重要参数。有)信息量。信息量是人机系统中设计时考虑的重要参数。有关信息量的计算通常选用对数单位进行度量。关信息量的计算通常选用对数单位进行度量。 -(一)感觉器官及其信息接收能力(一)感觉器官及其信息接收能力 人通过感觉器官获得关于周围环境和自身状态的各种信息。人通过感觉器官获得关于周围环境和自身状态的各种信息。感觉器官中的感受器是接收刺激的专门装置。感觉器官中的感受器是接收刺激
6、的专门装置。 感受器按其接受刺激的性质可分为视、听、触、味、肤觉等感受器按其接受刺激的性质可分为视、听、触、味、肤觉等多种感受器。其中视觉、听觉和嗅觉接受远距离的刺激。每一种多种感受器。其中视觉、听觉和嗅觉接受远距离的刺激。每一种感受器通常只对一种能量形式的刺激特别敏感。这种刺激就是该感受器通常只对一种能量形式的刺激特别敏感。这种刺激就是该感受器的适宜刺激。人的感觉和各类感受器的适宜刺激见教材表感受器的适宜刺激。人的感觉和各类感受器的适宜刺激见教材表9-1。 第二节第二节 感知系统的信息加工感知系统的信息加工 一、感觉与知觉系统一、感觉与知觉系统-人的感觉和各类感受器的适宜刺激见教材表人的感觉
7、和各类感受器的适宜刺激见教材表9-1。 第二节第二节 感知系统的信息加工感知系统的信息加工 感感 觉觉感感 受受 器器适宜刺激适宜刺激刺激源刺激源视觉视觉眼睛眼睛一定频率范围的电磁波一定频率范围的电磁波外部外部听觉听觉耳耳一定频率范围的声波一定频率范围的声波外部外部旋转旋转半规管肌肉感受器半规管肌肉感受器内耳液压变化,肌肉伸张内耳液压变化,肌肉伸张内部内部下落和直下落和直线运动线运动半规管半规管内耳小骨位置变化内耳小骨位置变化内部内部味觉味觉头和口腔的一些特殊头和口腔的一些特殊细胞细胞溶于唾液中的一些化学物溶于唾液中的一些化学物质质外部外部嗅觉嗅觉鼻腔粘膜上的一些毛鼻腔粘膜上的一些毛细胞细胞蒸
8、发的化学物质蒸发的化学物质外部外部触觉触觉主要是皮肤主要是皮肤皮肤表面的变形弯曲皮肤表面的变形弯曲接触接触一、感觉与知觉系统一、感觉与知觉系统-人的感觉和各类感受器的适宜刺激见教材表人的感觉和各类感受器的适宜刺激见教材表9-1。(续表续表9-1) 第二节第二节 感知系统的信息加工感知系统的信息加工 感感 觉觉感感 受受 器器适宜刺激适宜刺激刺激源刺激源振动觉振动觉无特定器官无特定器官机械压力的振幅及频率变化机械压力的振幅及频率变化接触接触压力觉压力觉皮肤及皮下组织皮肤及皮下组织皮肤及皮下组织变形皮肤及皮下组织变形接触接触温度觉温度觉肤及皮下组织肤及皮下组织环境媒介的温度变化,或人体环境媒介的温
9、度变化,或人体接触物的温度变化,机械运动,接触物的温度变化,机械运动,某些化学物质某些化学物质外部或接外部或接触面触面表层痛觉表层痛觉确切的感觉尚不清楚,确切的感觉尚不清楚,一般认为是皮肤的自由一般认为是皮肤的自由神经末梢神经末梢强度很大的压力、热、冷、冲强度很大的压力、热、冷、冲击及某些化学物质击及某些化学物质外部或接外部或接触面触面深层痛觉深层痛觉一般认为是自由神经末一般认为是自由神经末梢梢极强自压力和高热极强自压力和高热外部或接外部或接触面触面位觉和运动觉位觉和运动觉肌肉、腱神经末梢肌肉、腱神经末梢肌肉拉伸,收缩肌肉拉伸,收缩内部内部自身动觉自身动觉关节关节不清楚不清楚内部内部一、感觉与
10、知觉系统一、感觉与知觉系统-(一)感觉器官及其信息接收能力(一)感觉器官及其信息接收能力 第二节第二节 感知系统的信息加工感知系统的信息加工 一、感觉与知觉系统一、感觉与知觉系统 人的感官除了要求人的感官除了要求“适宜刺激适宜刺激”信号的载体外,感官对信息信号的载体外,感官对信息载体的能量要求也有一定的限度。感官的这种对信号刺激能量范载体的能量要求也有一定的限度。感官的这种对信号刺激能量范围要求称为该感官的绝对感觉阈限。要保证信息传递畅通有效,围要求称为该感官的绝对感觉阈限。要保证信息传递畅通有效,信号的能量必须较大幅度地超过人的绝对感觉阈限下限值。教材信号的能量必须较大幅度地超过人的绝对感觉
11、阈限下限值。教材表表9-2为几种主要感觉器官的刺激阈限。为几种主要感觉器官的刺激阈限。 感感 觉觉刺激阈限下限刺激阈限下限触触 觉觉听听 觉觉视视 觉觉嗅嗅 觉觉味味 觉觉蜜蜂翅膀从蜜蜂翅膀从lcm高处落到肩上的感觉高处落到肩上的感觉在寂静场所从在寂静场所从60m远能听到的钟摆走动声远能听到的钟摆走动声(约约210-5Pa)在晴朗的夜晚距在晴朗的夜晚距48km远能看到的烛光远能看到的烛光(约约lO个光量子个光量子)在在30m2的房间内开始嗅到的一滴香水散发的香味的房间内开始嗅到的一滴香水散发的香味一匙白糖溶于一匙白糖溶于9L水中初次能尝到的甜味水中初次能尝到的甜味表表9-2 刺激阈限刺激阈限-
12、(一)感觉器官及其信息接收能力(一)感觉器官及其信息接收能力 第二节第二节 感知系统的信息加工感知系统的信息加工 一、感觉与知觉系统一、感觉与知觉系统 当信号刺激的能量分布落在绝对感觉阈限的上下限之间时,当信号刺激的能量分布落在绝对感觉阈限的上下限之间时,人不仅可觉察到信号的存在,还能觉察到信号刺激的能量分布差人不仅可觉察到信号的存在,还能觉察到信号刺激的能量分布差异。引起差别感觉的刺激间的最小差别称为差别感觉阈限,对最异。引起差别感觉的刺激间的最小差别称为差别感觉阈限,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,
13、两者之比是一个常数。这一关系称为韦伯定律成反比,两者之比是一个常数。这一关系称为韦伯定律 。- (二)知觉(二)知觉 第二节第二节 感知系统的信息加工感知系统的信息加工 一、感觉与知觉系统一、感觉与知觉系统 人们通过感官得到了外部世界的信息,这些信息经过头脑的人们通过感官得到了外部世界的信息,这些信息经过头脑的加工(综合与解释),产生的对事物整体的认识,就是知觉。知加工(综合与解释),产生的对事物整体的认识,就是知觉。知觉以感觉作基础,是现实刺激和已储存的知识经验的相互作用的觉以感觉作基础,是现实刺激和已储存的知识经验的相互作用的结果,是一种主动的和富有选择性的构造过程。结果,是一种主动的和富
14、有选择性的构造过程。 知觉作为一种活动过程,包含了互相联系的几种作用:觉知觉作为一种活动过程,包含了互相联系的几种作用:觉察、分辨和确认。在知觉过程中,人对事物的觉察、分辨和确认察、分辨和确认。在知觉过程中,人对事物的觉察、分辨和确认的阈限值是不一样的。如果说人们觉察一个物体比较容易,那么的阈限值是不一样的。如果说人们觉察一个物体比较容易,那么要确认这个物体就要困难得多,需要的加工时间也较长。要确认这个物体就要困难得多,需要的加工时间也较长。- 第二节第二节 感知系统的信息加工感知系统的信息加工 二、感知过程中的信息存储二、感知过程中的信息存储 (1)感觉储存。感觉储存又称感觉记忆或瞬时记忆。
15、它是)感觉储存。感觉储存又称感觉记忆或瞬时记忆。它是外界输入刺激后人对信息加工的第一个模块,感觉记忆的储存外界输入刺激后人对信息加工的第一个模块,感觉记忆的储存时间大约为时间大约为0.25 s2 s。 (2)感觉储存的编码。感觉储存编码形式主要依赖于信息)感觉储存的编码。感觉储存编码形式主要依赖于信息的物理特征,因而具有鲜明的形象性。的物理特征,因而具有鲜明的形象性。 (3)感觉储存和工作记忆的交互作用。工作记忆是感觉记)感觉储存和工作记忆的交互作用。工作记忆是感觉记忆和长时记忆的中间阶段,即输入信息经过再编码,使其容量忆和长时记忆的中间阶段,即输入信息经过再编码,使其容量扩大。扩大。 (4)
16、感知映象的衰退和储存容量。)感知映象的衰退和储存容量。 感知记忆感知记忆(包括视觉映包括视觉映象和听觉映象象和听觉映象)随时间消逝而衰退。实验研究表明,感知记忆中随时间消逝而衰退。实验研究表明,感知记忆中残存的信息数量随时间的消逝而遵循指数曲线规律迅速下降。残存的信息数量随时间的消逝而遵循指数曲线规律迅速下降。- 第二节第二节 感知系统的信息加工感知系统的信息加工 三、感知系统的信息加工三、感知系统的信息加工 人的知识经验和现实刺激是产生知觉所必需的。人的知觉人的知识经验和现实刺激是产生知觉所必需的。人的知觉过程所包含的信息加工方式主要体现为自下而上的加工和自上过程所包含的信息加工方式主要体现
17、为自下而上的加工和自上而下的加工两种方式。而下的加工两种方式。 (1)自下而上的加工。)自下而上的加工。 指由外部刺激开始的加工,通常指由外部刺激开始的加工,通常指先对较小的知觉单元进行分析,然后再转向较大的知觉单元,指先对较小的知觉单元进行分析,然后再转向较大的知觉单元,经过一系列连续阶段的加工而达到对感觉刺激的解释。经过一系列连续阶段的加工而达到对感觉刺激的解释。 (2)自上而下加工。是由有关知觉对象的一般知识开始的)自上而下加工。是由有关知觉对象的一般知识开始的加工。由此可以形成期望或对知觉对象的假设。加工。由此可以形成期望或对知觉对象的假设。 一般说来,在人的知觉活动中,非感觉信息越多
18、,他们所一般说来,在人的知觉活动中,非感觉信息越多,他们所需要的感觉信息就越少,因而自上而下的加工占优势;相反,需要的感觉信息就越少,因而自上而下的加工占优势;相反,非感觉信息越少,就需要越多的感觉信息,因而自下而上的加非感觉信息越少,就需要越多的感觉信息,因而自下而上的加工占优势。工占优势。(一)信息加工方式(一)信息加工方式- 第二节第二节 感知系统的信息加工感知系统的信息加工 三、感知系统的信息加工三、感知系统的信息加工 模式是指由若干元素或成分按一定关系形成的某种刺激结模式是指由若干元素或成分按一定关系形成的某种刺激结构,也可以说模式是刺激的组合。模式识别是人的一种基本的构,也可以说模
19、式是刺激的组合。模式识别是人的一种基本的认认 知能力或智能,在人的各种活动中都有重要的作用。知能力或智能,在人的各种活动中都有重要的作用。 人的模式识别可看作一个典型的知觉过程,它依赖于人的人的模式识别可看作一个典型的知觉过程,它依赖于人的知识和经验。一般说来,模式识别过程是感觉信息与长时记忆知识和经验。一般说来,模式识别过程是感觉信息与长时记忆中的有关信息进行比较,再决定它与哪个长时记忆中的项目有中的有关信息进行比较,再决定它与哪个长时记忆中的项目有着最佳匹配的过程。关于匹配过程的实现方式,有三种主要模着最佳匹配的过程。关于匹配过程的实现方式,有三种主要模型型:(1)模板匹配模型。()模板匹
20、配模型。(2)原型匹配模型。)原型匹配模型。 (3)特征分析)特征分析模型。模型。(二)模式识别(二)模式识别- 第二节第二节 感知系统的信息加工感知系统的信息加工 三、感知系统的信息加工三、感知系统的信息加工 (1)加工周期。知觉加工器的加工周期时间与刺激脉冲反)加工周期。知觉加工器的加工周期时间与刺激脉冲反应的时间有关。应的时间有关。 (2)单位知觉。如果在一个知觉加工器的工作周期里,有)单位知觉。如果在一个知觉加工器的工作周期里,有多个相类似的刺激发生,那么知觉加工器就会将它们当作一个多个相类似的刺激发生,那么知觉加工器就会将它们当作一个刺激单位加以处理。刺激单位加以处理。 (3)感知加
21、工的速率变化。在人类信息加工器模型中,知)感知加工的速率变化。在人类信息加工器模型中,知觉加工器的单位加工周期并非一个固定的常数。根据不同的刺觉加工器的单位加工周期并非一个固定的常数。根据不同的刺激条件,加工周期可在一定范围内变化。激条件,加工周期可在一定范围内变化。(三)(三)信息加工周期、单位知觉、感知加工的速率变化信息加工周期、单位知觉、感知加工的速率变化- 第二节第二节 感知系统的信息加工感知系统的信息加工 四、人的信息传递能力四、人的信息传递能力 (1)理论能力估计与人的实际能力。哈佛大学的米勒)理论能力估计与人的实际能力。哈佛大学的米勒(GAMiller)在大量研究和考察的基础上得
22、出了这样的结论:在大量研究和考察的基础上得出了这样的结论:“在最理想的条件下,传信能力的实际上限似乎处于在最理想的条件下,传信能力的实际上限似乎处于25 bit/s左右,至今无人声称最高值能达到左右,至今无人声称最高值能达到40 bit/s”。 (2)感知觉的绝对辨认能力。如教材中表)感知觉的绝对辨认能力。如教材中表9-3为不同感知为不同感知觉的绝对辨认能力。辨认能力是指当单个的刺激呈现而不与其觉的绝对辨认能力。辨认能力是指当单个的刺激呈现而不与其他刺激作比较的条件下,感觉器官所具有的辨认能力。他刺激作比较的条件下,感觉器官所具有的辨认能力。 (3)信息传递率。信息传输速率()信息传递率。信息
23、传输速率(R)是指人在单位时间)是指人在单位时间内能传递的信息量。由于实验条件的不同,所得的信息传递率内能传递的信息量。由于实验条件的不同,所得的信息传递率也不完全一致。一般认为,人的通道容量约为也不完全一致。一般认为,人的通道容量约为7 bit左右,即人左右,即人每秒最大可传递每秒最大可传递7 bit左右的信息量。实际上,人的信息传递率左右的信息量。实际上,人的信息传递率远远高于远远高于7 bit,这是因为作用于人的感官的外界刺激往往都是,这是因为作用于人的感官的外界刺激往往都是多维度的。多维度的。 - 第二节第二节 感知系统的信息加工感知系统的信息加工 四、人的信息传递能力四、人的信息传递
24、能力表表9-3 不同感知觉的绝对辨认能力不同感知觉的绝对辨认能力感觉感觉刺激维度刺激维度绝对辨认能绝对辨认能力力(bit/刺激刺激)辨认的辨认的刺激数刺激数研究者研究者视觉视觉在直线上在直线上(在直线度盘上在直线度盘上)3.2510Hake、Garner(1951)点点(指针指针)的位置的位置3.9010Coonan、Klemmen(in Miller,1956)颜色颜色(主波长主波长)3.109Eriksen、Hake(1955)明度明度2.305Eriksen、Hake(1955)简单几何图形的面积简单几何图形的面积2.202.6056Pollack(in Miller,1956)直线的长
25、度直线的长度2.603.0078Pollack(in Miller,1956)直线倾斜度直线倾斜度2.803.30711Pollack(in Mler,1956)弧度弧度(其弦不变其弦不变)1.602.2045Pollack(in Miller,1956)- 第二节第二节 感知系统的信息加工感知系统的信息加工 四、人的信息传递能力四、人的信息传递能力表表9-3 不同感知觉的绝对辨认能力不同感知觉的绝对辨认能力(续表续表9-3)感觉感觉刺激维度刺激维度绝对辨认能绝对辨认能力力(bit/刺激刺激)辨认的辨认的刺激数刺激数研究者研究者听觉听觉纯音强度纯音强度(音响音响)2.305Gamer(1953
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