蔡建奇，杜 鵬，郭 婭，黃 帥， 溫蓉蓉，張 玉

(1.中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化研究院，北京 100088；2.北京陽(yáng)明智道光電科技有限公司，北京 100102；3.中國(guó)質(zhì)檢出版社，北京 100100)

iPad 使用過(guò)程中環(huán)境照度對(duì)人眼視覺質(zhì)量的影響研究

蔡建奇1，杜 鵬2，郭 婭1，黃 帥1， 溫蓉蓉2，張 玉3

(1.中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化研究院，北京 100088；2.北京陽(yáng)明智道光電科技有限公司，北京 100102；3.中國(guó)質(zhì)檢出版社，北京 100100)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展與普及，平板電腦逐漸成為人們?nèi)粘Ｉ畈豢苫蛉钡纳钣闷?。大部分消費(fèi)者經(jīng)常在晚上睡前使用iPad等各類手機(jī)產(chǎn)品，本研究希望通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究在暗室(0lx)和200lx照度下人眼的視覺舒適度和視覺質(zhì)量的變化情況，從而確定照度對(duì)人眼視覺質(zhì)量和視覺疲勞的影響程度，為以后的視覺健康研究提供數(shù)據(jù)支持。

視覺質(zhì)量；VICO指數(shù)；照度；視覺舒適度

引言

個(gè)人電腦、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的視覺顯示終端(Visual Display Terminal，VDT)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展與普及，手機(jī)和平板電腦也都可以納入VDT的范疇。VDT綜合癥就是指由于眼睛長(zhǎng)時(shí)間注視視屏終端引起的眼睛不適等綜合癥狀。iPad作為蘋果公司出品的高端平板電腦，其功能強(qiáng)大，隨身攜帶方便，逐漸成為人們?nèi)粘Ｉ畈豢苫蛉钡纳钣闷?，并一直收到消費(fèi)者的青睞。iPad作為一種新型的視覺顯示終端，和其他顯示設(shè)備類似，其顯示效果會(huì)受到諸多自身和環(huán)境因素的影響[1]。

有研究表明從視覺功效學(xué)的角度出發(fā)，在 0～500 lx 照度下，對(duì)車載液晶顯示器(LCD)顯示調(diào)控指標(biāo)和環(huán)境照明對(duì)亮度對(duì)比度的影響進(jìn)行了研究，以判讀蘭道環(huán)的績(jī)效指數(shù)和主觀評(píng)價(jià)為指標(biāo)，對(duì) LCD 在不同照度和亮度對(duì)比度條件下的視覺功效進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示在相同照度下亮度對(duì)比度對(duì)視覺效果有顯著影響，在不同照度水平下照度的影響更為顯著[2]。研究表明周圍環(huán)境亮度和屏幕亮度對(duì) TFT-LCD 顯示器字符識(shí)別績(jī)效的影響，結(jié)果顯示環(huán)境照度沒有顯著影響字符識(shí)別績(jī)效，屏幕亮度會(huì)顯著影響字符識(shí)別績(jī)效[3]。對(duì)國(guó)內(nèi)外軍用飛機(jī)座艙工效學(xué)研究進(jìn)展進(jìn)行了總結(jié)，屏幕表面的垂直照度不應(yīng)大于100lx[4]。有學(xué)者研究了VDT屏面亮度和文件背景照度對(duì)視覺核對(duì)作業(yè)的影響效應(yīng)，15～20cd/m2是 VDT 屏幕亮度的推薦范圍，而300～450lx可作為文件背景照度的推薦范圍[5]。還有研究結(jié)果顯示200lx照度下的績(jī)效要高于700lx照度下的績(jī)效[6]。

本研究將研究在兩種環(huán)境照度下(暗室和200lx)使用iPad2平板電腦45min前后人眼的視覺質(zhì)量、主觀疲勞評(píng)價(jià)等指標(biāo)變化情況。從而確定環(huán)境照度對(duì)人眼視覺質(zhì)量和視覺疲勞的影響。

1 研究對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

本研究選取96名被試者，均來(lái)自于工廠的一線工人， 無(wú)重度近視和散光(近視在300度以內(nèi)，散光在-100度以內(nèi))。被試者在測(cè)試前告知被檢者詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)流程，并簽訂了志愿者知情協(xié)議書。樣本均為男女比例1∶1，年齡(29.4±6.2)歲。為避免視力疲勞的干擾，所有被試者在測(cè)試前均有充足的睡眠，且安排在測(cè)試前閉眼休息半小時(shí)，以保證被試者在測(cè)試過(guò)程中，都處于良好的心理和生理狀態(tài)。本研究遵循的程序符合醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)的倫理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 研究方法

1.2.1 測(cè)試前人眼篩查

測(cè)試前對(duì)被試者進(jìn)行驗(yàn)光儀(NIDEK AR-310)測(cè)試，采用綜合驗(yàn)光臺(tái)和魔術(shù)視力表箱篩查主視眼、雙眼融像、雙眼視平衡、色辨識(shí)等參數(shù)，以便于剔出嚴(yán)重屈光不正、隱性眼科疾病的被試樣本。

1.2.2 測(cè)試過(guò)程

本研究使用iPad2平板電腦(9.7英寸，分辨率1024×768，屏幕比例4∶3)做為視頻提供源，整個(gè)測(cè)試過(guò)程中，被試者觀看iPad2的距離為0.6 m，觀看影片為同一內(nèi)容的標(biāo)準(zhǔn)樣片。測(cè)試環(huán)境照度分別為暗室環(huán)境(0 lx)和200 lx的屏面照度。iPad2屏幕亮度等級(jí)均設(shè)定為50%。其中暗室環(huán)境測(cè)試組樣本42人，200 lx的屏面照度測(cè)試組樣本為54人。

首先，被試者在測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)休息(眼睛不能觀看電子類產(chǎn)品)5min后，采用自主研制的波前像差儀(經(jīng)過(guò)北京計(jì)量院校準(zhǔn)，校準(zhǔn)證書編號(hào)：H413Z-G0125)進(jìn)行基礎(chǔ)屈光和波前像差測(cè)試，采集被試者最佳狀態(tài)下的全眼波前像差值，然后開始進(jìn)行不同照度條件下iPad2的觀視任務(wù)。整個(gè)觀視時(shí)間為60min，任務(wù)結(jié)束后再進(jìn)行一次基礎(chǔ)屈光和波前像差測(cè)試。用主觀評(píng)分法進(jìn)行視覺疲勞的調(diào)查是常用的研究方法之一[7]。本研究采用5級(jí)(1—非常舒適，2—一般舒適，3—適中，4—一般疲勞，5—非常疲勞)打分表進(jìn)行視覺疲勞的評(píng)估。

測(cè)試流程圖如圖1所示。

圖1 測(cè)試簡(jiǎn)要流程圖Fig.1 The flow chart of test

1.2.3 測(cè)試設(shè)備

采用驗(yàn)光儀(NIDEK AR-310)、綜合驗(yàn)光臺(tái)(TOPCON DK-3100)和自主研制的視覺綜合測(cè)試平臺(tái)(經(jīng)過(guò)北京計(jì)量院校準(zhǔn)，校準(zhǔn)證書編號(hào)：H413Z-G0125)測(cè)試內(nèi)指標(biāo)包括基礎(chǔ)屈光、調(diào)節(jié)集合性/調(diào)節(jié)比(accommodative convergence/accommodation ratio, AC/A)、高階像差、光學(xué)調(diào)制傳遞函數(shù)(modulation transfer function, MTF)等參數(shù)。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用Matlab R2011b對(duì)觀視前后60min的數(shù)據(jù)，利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的非線性自適應(yīng)的模擬，現(xiàn)階段選取多項(xiàng)客觀指標(biāo)——基礎(chǔ)屈光、AC/A、像差、MTF等作為網(wǎng)絡(luò)的輸入層P(Input)，本團(tuán)隊(duì)已經(jīng)通過(guò)大樣本的視覺人因數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建的VICO指數(shù)(Visual Comfortable Index)模型[8]，得出輸出的視覺舒適度結(jié)果VICO得分。VICO指數(shù)得分共分為5級(jí)。級(jí)數(shù)越高說(shuō)明健康舒適度程度越低，具體如表1所示。

表1 視覺舒適度(VICO指數(shù))量化分級(jí)

不同組間的差異性采用spss19.0中單因素方差分析的Bonferroni方法對(duì)假定方差齊性下的組間均值數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。當(dāng)p<0.05時(shí)表明兩組間的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 不同照度下iPad2對(duì)人眼舒適度的影響

通過(guò)在兩組環(huán)境照度下(0/200 lx)對(duì)被試者使用iPad2的測(cè)試，得出結(jié)果如圖2所示。兩組環(huán)境照度下VICO指數(shù)測(cè)試結(jié)果在統(tǒng)計(jì)學(xué)基礎(chǔ)上有顯著性差異，200 lx和0 lx照度下，人眼舒適度均在3級(jí)，0 lx組高于200 lx組。

圖2 不同環(huán)境照度下iPad2的VICO指數(shù)Fig.2 VICO index in different illuminance

2.2 不同照度下iPad2對(duì)人眼MTF的影響

在兩組環(huán)境照度下人眼MTF在測(cè)試前后的變化量如圖3所示。兩組照度下，左眼和右眼的MTF在0 lx條件下均小于200 lx，且差異存在顯著性意義(p<0.05)。

圖3 不同環(huán)境照度下雙眼MTF測(cè)試前后的變化結(jié)果Fig.3 MTF variation result in different illuminance

2.3 不同照度下iPad2對(duì)主觀疲勞的影響

在兩組環(huán)境照度下iPad2使用后用戶的主觀疲勞打分，測(cè)試結(jié)果如圖4所示，在0 lx照度下，用戶的主觀打分在3級(jí)以上，疲勞程度適中；在200 lx照度下，用戶主觀打分僅為1～2級(jí)之間，較為舒適；且兩種照度下的主觀評(píng)分在存在顯著性差異(p<0.05)。

圖4 不同照度下用戶主觀疲勞評(píng)分結(jié)果Fig.4 Visual fatigue result in different illuminance

3 結(jié)論

1)VICO指數(shù)作為一項(xiàng)評(píng)價(jià)綜合的視覺生理指標(biāo)能有效評(píng)價(jià)人眼舒適度的狀態(tài)[8]，并廣泛應(yīng)用于多類顯示領(lǐng)域，其中包括LED電視(2D模式)[9]、LED電視(3D模式)[10]、大尺寸顯示屏(LED/DLP)[11]等。本研究發(fā)現(xiàn)VICO指數(shù)能有效評(píng)價(jià)在不同環(huán)境照度下使用iPad2平板電腦的人眼舒適度，在200 lx照度下，人眼的舒適度是高于0 lx的。其他學(xué)者的研究也表明環(huán)境照度與手機(jī)亮度對(duì)人眼的舒適度是有較大的影響[12]，應(yīng)基于人的視覺舒適度狀況進(jìn)行顯示屏亮度自動(dòng)調(diào)節(jié)最優(yōu)值的研究[13]。

2)MTF指標(biāo)能有效評(píng)價(jià)屈光手術(shù)視覺恢復(fù)質(zhì)量，術(shù)后MTF明顯提高[14]，本研究發(fā)現(xiàn)MTF在人眼疲勞狀態(tài)下，也會(huì)發(fā)生較大的變化，在0 lx照度下MTF的數(shù)值明顯小于200 lx組，從研究結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，MTF指標(biāo)可以作為評(píng)價(jià)不同照度下使用平板電腦后視覺疲勞的一個(gè)參考指標(biāo)。

3)通過(guò)用戶的主觀疲勞評(píng)分可以看出，在0 lx(暗室)環(huán)境下使用iPad2平板電腦后用戶的疲勞感明顯高于200 lx，該結(jié)果與VICO指數(shù)的測(cè)試結(jié)果有一致性。研究表明照度對(duì)減緩視覺疲勞和提供工作績(jī)效都是有一定的輔助作用[15],本研究的結(jié)果表明，在暗室環(huán)境下使用iPad2平板電腦對(duì)人眼的舒適性影響較大，若長(zhǎng)時(shí)間使用，存在誘發(fā)眼部疾病的風(fēng)險(xiǎn)。為保證消費(fèi)者的視覺健康，建議在有一定照度的環(huán)境下使用平板電腦。

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Effect of Visual Quality by Using iPad in Different Illuminance

CAI Jianqi1, DU Peng2, GUO Ya1, HUANG Shuai1, WEN Rongrong2, ZHANG Yu3

(1.China National Institute of Standardization, Beijing 100088, China; 2.Beijing Yangmingzhidao PhotoelecticScience&TechnologyCo.Ltd.,Beijing100102,China;3.ChinaZHIJIANPublishingHouse,Beijing100100,China)

With the rapid development and popularization of computer technology, tablet PC has become an indispensable part of daily life. Most consumers often use iPad and other types of mobile phone products at night before go to bed. This research hopes to study the change of human eye visual comfort and visual quality with experiments in anechoic chamber (0 lx) and 200 lx illumination situations, to determine the illumination effect influence on visual quality and visual fatigue, which will provide data support for future research on visual health.

visual quality； VICO index； illumination; visual comfort

TM923

A

10.3969/j.issn.1004-440X.2016.06.002