基于視覺舒適度的室內LED顯示屏測試標準研究

周鋼 劉秀娟 周宏 吳杜雄

（1.深圳賽西信息技術有限公司 廣東省深圳市 518057 2.中國電子技術標準化研究院 北京市 100176）

（3.廣州賽西標準檢測研究院有限公司 廣東省廣州市 510700）

1 引言

小間距LED顯示屏具有面積分辨率高、顯示亮度大、屏幕拼接縫隙小、色彩自然真實等優點，在室內顯示屏領域脫穎而出，廣泛地應用到會議室、展覽中心、大數據處理平臺、監控中心等室內場所，作為信息發布、內容播放、視頻監控、指揮控制等用途。若是LED顯示屏設計安裝、亮度設置、顏色顯示、畫面切換等不合理規范，將導致觀察者出現人眼視覺不舒適的問題，如眼睛干澀酸痛、視力模糊下降、頭部痛疼等現象[1]，不利于LED顯示屏在行業中推廣應用，鑒于目前國內外對LED顯示屏在人眼視覺舒適度方面的測試工作較少，因此研究基于人眼視覺舒適度的室內LED顯示屏測試方法，能對其光舒適度進行合理的評價和控制，是當前國內LED顯示屏行業發展中所面臨的重要問題。

2 標準化現狀

人類通過眼睛對外界光線刺激產生的反應，形成明暗、顏色、大小、位置、形狀等視知覺，以獲取至少80%的外界信息，就能看清外界事物，可見眼睛極其重要[2]。眼睛是十分脆弱的器官，若是長時間觀看在不舒適的LED顯示屏，如亮度過高、顯示亮度與周邊光環境對比度大、屏幕存在閃爍、顯示內容顏色不均勻等現象，輕則影響人的視覺感受、引起視覺疲勞，重則對人的生理、心理健康都會產生巨大的傷害[3]。

全球LED顯示屏市場主要集中在中國，目前國際及國外等標準化機構對LED顯示屏的技術理論研究很少，也尚無建立LED顯示屏相關標準。雖然國內標準化機構制定LED顯示屏的部分國家或行業標準，其標準化體系在不斷的完善發展過程中，但無相關標準可以直接評價其光舒適度，目前國內LED顯示屏的國家或行業標準不適用室內LED顯示屏的光舒適度進行合理的評價和控制。制定室內LED顯示屏光舒適度評價方法的國家標準，解決室內LED顯示屏光舒適度評價問題，其意義是非常重大。國內標準化現狀如表1所示。

3 測試方法

3.1 設計思路

基于文獻資料查閱法，通過查閱相關資料及文獻，借鑒國內外對液晶、等離子、LED等顯示屏對人眼視覺舒適度的理論研究成果，深入調研分析室內LED顯示屏由于設計、安裝、使用等不規范問題導致觀察者出現眼睛干澀酸痛的感覺，甚至視力下降、頭痛等不舒適的問題。在SJ/T 11281-2017《發光二極管(LED)顯示屏測試方法》等顯示屏標準以及單位對LED顯示屏積累大量客觀與主觀試驗數據的工作基礎上，采用定量性分析的客觀評價法以便科學合理評價光舒適度，從LED顯示屏的本身質量特性、與周邊光環境關系、對觀察者人眼視覺影響等三個維度出發，研制適用室內LED顯示屏對人眼視覺影響的光舒適度評價指標，包括閃爍、現場最大亮度、最高亮室對比度、顯示屏亮度與環境亮度的對比度、屏在觀察者位置的照度、色度非均勻性等光度物理量。

聯合高校、行業協會、龍頭企業、科研院所等產業力量，集中各方之所長處，實現優勢互補方式，通過專家討論法，從術語與定義（規定室內LED顯示屏涉及相關評價指標定義，便于使用者理解）、一般要求（涉及測試條件、測試儀表及軟件、測試狀態，保證測試數據科學合理）、評價方法（涉及閃爍、現場最大亮度、最高亮室對比度、顯示屏亮度與環境亮度的對比度、屏在觀察者位置的照度、色度非均勻性，明確可操性的測試過程）等方面多次論證室內LED顯示屏的光舒適度評價指標可行性，形成國家標準GB/T XXXXX-XXXX《室內LED顯示屏光舒適度評價方法》。

充分發揮單位作為科學公正的第三方實驗室在LED顯示屏的產品質量檢測優勢，搭建基于人眼視覺健康的客觀光舒適度評價系統，采用室內LED顯示屏光舒適度評價方法對大批量的不同室內LED顯示屏產品進行多次反復地試驗，以及組織不同試驗受眾群體觀看不同光舒適評價指標的量化數值對主觀心理舒服度感受，以確保室內LED顯示屏光舒適度評價方法在LED顯示屏行業發展中的適用性。

3.2 評價指標

3.2.1 閃爍

閃爍是指LED顯示屏發出光線隨著時間呈快速、重復的亮度周期性波動而導致的不穩定視覺感受，用視覺感知的相對亮度波動表示。利用光測試儀器測試最高灰度級與最高亮度級的LED顯示屏亮度隨時間變化的函數L(t)，分析亮度數據并對L(t)作傅里葉變換，得到頻率函數PFFT(F)，用對比敏感度函數對PFFT(F)加權，得到P'FFT(F)，進行反傅里葉變換得到亮度隨時間變化函數L'(t)，采用閃爍調制幅度的評價方法：由亮度隨時間變化函數L'(t)獲取平均亮度Ldc、波峰值Lmax和波谷值Lmin，按公式（1）計算閃爍調制幅度FMA。

3.2.2 現場最大亮度

現場最大亮度是指LED顯示屏在最高灰度級、最高亮度級時的亮度，而全彩色LED顯示屏為規定色溫下的白場亮度。用彩色分析儀測試全黑場的LED顯示屏法線上的背景亮度Ld，以及高灰度級與最高亮度級的LED顯示屏法線上的屏幕亮度Lmax，按公式（2）計算現場最大亮度L。

3.2.3 最高亮室對比度

最高亮室對比度是指LED顯示屏最大亮度和背景亮度的比值。用現場最大亮度測試方法分別測試LED顯示屏法線上的屏幕亮度Lmax和背景亮度Ld，按公式（3）計算最高亮室對比度Cd。

3.2.4 顯示屏亮度與環境亮度的對比度

顯示屏亮度與環境亮度的對比度是LED顯示屏在最高灰度級、最高亮度級時的平均亮度與人眼視野范圍內的周圍環境平均亮度之間的比值。用成像亮度計測試最高灰度級與最高亮度級的LED顯示屏平均亮度Lavg，以及其中心垂直線60°視場角內（除LED顯示屏外）所有背景的環境平均亮度Lb，按公式（4）計算顯示屏亮度與環境亮度的對比度Cb。

表1：國內標準化現狀

表2：室內LED顯示屏的試驗數據

3.2.5 屏在觀察者位置的照度

屏在觀察者位置的照度是指觀察者在觀看LED顯示屏的最佳距離位置，LED顯示屏入射到人眼的照度。用照度計測試全黑場的LED顯示屏背景環境照度Ed，以及最高灰度級與最高亮度級的LED顯示屏照度Emax，按公式（5）計算屏在觀察者位置的照度E。

3.2.6 色度非均勻性

色度非均勻性是指LED顯示屏中心位置顏色與其他位置顏色的色差，用CIE 1976均勻色度空間（u'，v'）的偏差?u' v'表征。用九點法，選取LED顯示屏的屏幕中心點P0，并在全屏范圍內任意離散抽取其它8個測試點P1～P8。用彩色分析儀分別測試最高灰度級與最高亮度級的LED顯示屏P0～P8的色度坐標（u'，v'），表示為（u0'，v0'）～（u8'，v8'），按公式（6）計算色度非均勻性Δui' vi'。

4 試驗驗證

試驗所用的測試儀器經過第三方實驗室機構校準合格，性能參數滿足相關標準要求，其關鍵技術指標：亮度相對示值誤差≤±5%，色品坐標絕對示值誤差≤±0.003（相對于標準A光源）；照度相對示值誤差≤±4%。

選取室內LED顯示屏為試驗對象，LED顯示屏處于無影響測試準確度的機械振動、電磁和光電等干擾的環境中，環境照度變化在±10%之內，且不存在明顯的有色光源[4]。測試前，LED顯示屏預熱時間為半個小時以上，以保證處于熱穩定狀態；測試中，LED顯示屏調試到最佳狀態，保持其配置參數與工作狀態不變。以像素間距2.5mm的室內LED顯示屏為部分樣品，測試結果如表2，驗證國家標準GB/T XXXXX-XXXX《室內LED顯示屏光舒適度評價方法》具有可行性。

5 結語

本文分析LED顯示屏的標準化現狀，針對國家標準GB/T XXXXX-XXXX《室內LED顯示屏光舒適度評價方法》，提出設計思路，建立評價指標，并進行驗證其可行性，解決光舒適度標準化的缺失問題，將為我國LED顯示屏產品的光舒適度進行統一標準檢測評估，有利于提升我國LED顯示屏產品競爭力，有效實現對LED顯示屏產業的研發、生產、應用等全方位的支撐，提升LED顯示屏產品質量技術水平，推動我國LED顯示屏行業高質量發展。