通過前面的論述，我們知道光對(duì)人眼的效應(yīng)不僅有視覺效應(yīng)，還有非視覺效應(yīng)，這兩種效應(yīng)共同決定著光環(huán)境的質(zhì)量，為了設(shè)計(jì)適合兒童青少年的健康光環(huán)境，我們需要了解一些光度學(xué)與色度學(xué)的參 數(shù)指標(biāo)。

亮度是指發(fā)光體發(fā)出可見光的強(qiáng)度與光源表面積之比，通常用單位投影面積上的發(fā)光強(qiáng)度來表示，亮度的單位是坎德拉/平方米（cd/m2 ）。

色溫是顏色溫度的簡(jiǎn)稱，通常指黑體輻射的溫度產(chǎn)生的白光的顏色，色的概念就是可見光譜能量分布在大腦的反映。低色溫白光偏黃色調(diào)，而高色溫白光偏藍(lán)色調(diào)。當(dāng)光源的色品點(diǎn)（色坐標(biāo)）不在黑體軌跡上，且光源的色品與某一溫度下的黑體的色品最接近時(shí)，該黑體的絕對(duì)溫度為此光源的相關(guān)色溫，簡(jiǎn)稱相關(guān)色溫。符號(hào) Tcp，單位為K。例如，40W白熾燈的相關(guān)色溫約為2700K，普通白光日光燈（雙端熒光燈）的相關(guān)色溫約為6500K，夜晚滿月色溫約為4100K。

光通量是指發(fā)光體在單位時(shí)間內(nèi)所發(fā)出的光度能量。單位：流明 lm。對(duì)于光源而言發(fā)光是其最主要的性能，光通量是最關(guān)鍵的指標(biāo)，光通量值越大，燈越亮。

照度是指被照物體表面積上所接受可見光的光通量，單位為勒克斯（lx），用于評(píng)價(jià)光照的強(qiáng)弱和物體表面積被照明程度的量。通常在教室里關(guān)注兩個(gè)照度數(shù)，一個(gè)是課桌面上的水平照度，另一個(gè)是黑板面的垂直照度。

照度均勻度是指被照表面上的最小照度與平均照度之比。描述了在工作面上整個(gè)環(huán)境上的光分布特性。工作面上光環(huán)境的明暗差會(huì)影響到可見性、舒適度及視覺感。

顯色性表示了人造光源與太陽相比對(duì)物體顏色的還原能 力。最常用來描述光源顯色性的指標(biāo)是一般顯色指數(shù)Ra，以被測(cè)光源下物體顏色和參考標(biāo)準(zhǔn)光源下物體顏色的相 符合程度來表示，是由范圍在 0-100 的數(shù)字來代表光源的顯色性，數(shù)字越大代表顯色性越好。特殊顯色指數(shù)是被測(cè)光源和參照標(biāo)準(zhǔn)光源照明體分別照明CIE某個(gè)試驗(yàn)色樣所呈現(xiàn)一致程度的度量，例如，特殊顯色指數(shù)R9是對(duì)飽和紅色的顯色指數(shù)。 

（UGR）眩光是指由于視野中的亮度分布或亮度范圍的不適宜，或存在極端的對(duì)比，以致引起不舒適的感覺或降低觀察細(xì)部或目標(biāo)的能力的視覺現(xiàn)象。而統(tǒng)一眩光值是一種用來描述眩光引起的不舒適感主觀反映的心理參量，其值可按CIE統(tǒng)一眩光值公式計(jì)算，用 UGR 表示，該值越大眩光越嚴(yán)重，UGR ≤ 19時(shí)被認(rèn)為是僅可接受的眩光感覺。眩光是引起不舒適和視覺疲勞的重要原因之一。

平均亮度相同，但均勻和非均勻照明光源引起的眩光不舒適感卻會(huì)存在很大的差異，使用基于平均亮度的UGR進(jìn)行非均勻照明光源的不舒適眩光評(píng)價(jià)并不可靠。因此，CIE 于2019年給出了非均勻光源眩光 UGR 的公式。

UGR 值與不舒適眩光程度語義的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表所示。

表 1.2 UGR 值與不舒適眩光程度對(duì)應(yīng)表

             晶宏照明LED教室燈案例　

閃爍是指光源發(fā)光強(qiáng)度或光譜分布隨時(shí)間波動(dòng)引起的視覺不穩(wěn)定現(xiàn)象。在交流電下工作的幾乎所有光源都會(huì)產(chǎn)生閃爍，只是程度不同。根 據(jù)交流電流的頻率、波形，光源或燈具對(duì)電流的整流效果、光源對(duì)于電流的響應(yīng)不同等，有的燈具發(fā)出的光的閃爍是肉眼可以觀察到的，有的是儀器才可以測(cè)量到的。光的交流變化和運(yùn)動(dòng)的物體也可能產(chǎn)生頻閃效應(yīng)，使人產(chǎn)生錯(cuò)覺。這些存在的閃爍或頻閃效應(yīng)對(duì)人體的視覺感知都會(huì)有或大或小的影響。嚴(yán)重的可能導(dǎo)致青少年視覺功能的下降，引起視覺疲勞甚至癲癇、偏頭痛等嚴(yán)重的健康問題。 

藍(lán)光是波長(zhǎng)在 400nm—500nm 范圍的可見光，它是白光的重要組成部分，是成像所必須的。從光生物安全角度講，任何光超過一定的輻亮度或輻照度都是有害的，藍(lán)光也不例外，藍(lán)光視網(wǎng)膜危害是光生物安全中的一種危害。藍(lán)光危害是指由波長(zhǎng)主要 400nm—500nm 的過量輻射照射后引起的光化學(xué)損傷。藍(lán)光過量可能引發(fā)近視度數(shù)越來越高、頭疼和學(xué)習(xí)效率降低、視覺紊亂、眼睛干澀、疲勞等問題。藍(lán)光的視覺危害是由直接照射到眼睛的過強(qiáng)輻照度造成（與光成像面積有關(guān)），造成藍(lán)光的視覺危害是需要時(shí)間（能量）積累的。

根據(jù)可能造成危害的最長(zhǎng)曝光輻照時(shí)間不同，可將危害等級(jí)分為 0 類危險(xiǎn)（無危險(xiǎn)）、1 類危險(xiǎn)（低危險(xiǎn)）、2 類危險(xiǎn)（中度危險(xiǎn)）以及 3 類危險(xiǎn)（高危險(xiǎn)）四個(gè)級(jí)別。對(duì)于一般的應(yīng)用而言，0 類危險(xiǎn)和 1 類危險(xiǎn)的產(chǎn)品均可以安全的使用；2 類危險(xiǎn)和3 類危險(xiǎn)的產(chǎn)品若使用不當(dāng)可能對(duì)人眼造成不可逆的危害。

LED 是否有藍(lán)光危害一直備受關(guān)注并被夸大宣傳。從光生物安全的角度來衡量，常規(guī)照明中 LED 與以白熾燈、熒光燈為例的傳統(tǒng)照明中的光源并沒有本質(zhì)上的差別， 其輻射強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到引起光化學(xué)損傷的程度，不直視光源的情況下一般不存在藍(lán)光危害問題。國(guó)際照明委 員會(huì)提出較長(zhǎng)時(shí)間（>100s）暴露在 LED 手電筒、LED 汽 車前燈和 LED 投光燈下，有可能接觸到過度的藍(lán)光，導(dǎo)致健 康危害。同時(shí)電視、手機(jī)、平板電腦，包括一些兒童玩具，長(zhǎng)時(shí)間直視也有損害健康的風(fēng)險(xiǎn)。

 一些學(xué)者與媒體往往將藍(lán)光危害與光生物效應(yīng)混為一談，造成混亂。當(dāng)涉及生物鐘（晝夜節(jié)律）紊亂或睡眠障礙時(shí)，不應(yīng)使用術(shù)語“藍(lán)光危害”。 

表 1.3 藍(lán)光危害等級(jí)表

光通過人眼本征感光視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞通道抑制松果體分泌 褪黑激素，刺激腎上腺分泌皮質(zhì)激素等機(jī)制，起到調(diào)節(jié)人體 生理節(jié)律、警覺度和代謝過程，影響人體健康的效應(yīng)。人們?nèi)粘龆?，日落而息的生理?jié)律是隨著一天中的光照進(jìn)行變化的。這種非成像感光細(xì)胞控制了許多的非視覺生物效應(yīng)，例如生理節(jié)律、體溫、心率、內(nèi)分泌、精神等。光照周期與人的生物鐘應(yīng)當(dāng)是匹配的，而不匹配的光照會(huì)擾亂人體的褪黑素分泌造成身體內(nèi)在晝夜節(jié)律紊亂，進(jìn)而對(duì)人體健康產(chǎn)生若干負(fù)面影響，誘發(fā)諸如肥胖、糖尿病、睡眠障礙、代謝綜 合癥、情緒失調(diào)、抑郁、癌癥等疾病。為使照明環(huán)境更有利于生物鐘的健康，有人提出用光對(duì)人體生物效應(yīng)等效的褪黑素光照度來計(jì)量。

信息顯示設(shè)備的廣泛應(yīng)用，使得兒童青少年有更多的時(shí)間直視顯示屏；與照明相比，人眼在觀看顯示設(shè)備呈現(xiàn)的文字、 圖像時(shí)，其行為方式有諸多差異；因此顯示設(shè)備的光學(xué)輻射及圖像特性對(duì)兒童青少年的視覺和身心健康影響越來越重要。

顯示刷新頻率是指屏幕每秒畫面被刷新的次數(shù)，單位為赫茲（Hz）；刷新頻率越高越好，顯示的畫面穩(wěn)定，尤其觀看視頻時(shí) 的動(dòng)態(tài)圖像流暢、自然清晰，對(duì)眼睛的影響小。刷新頻率低，圖像的閃爍和抖動(dòng)就明顯，容易引起眼晴的疲勞。一般來說， 顯示刷新頻率達(dá)到 80Hz 以上就不容易看到顯示圖像的閃動(dòng)現(xiàn)象。

人眼“看”到顯示圖像的明暗，是與屏幕上呈現(xiàn)的圖像亮度有關(guān)。它也直接反映了圖像經(jīng)人眼晶狀體聚焦后視網(wǎng)膜上的照度大小 ; 視網(wǎng)膜上的照度還與人眼瞳孔面積成正比關(guān)系，而瞳孔大小與人眼的視野的背景亮度有關(guān)。因此，在白天明亮的室內(nèi)環(huán)境下，顯示屏的圖像亮度 100cd/m² 至 300cd/m² 為宜，具體視周邊環(huán)境的光照 水平。而戶外光照強(qiáng)度高，顯示屏的亮度應(yīng)更高。在夜里，周邊環(huán)境暗，顯示屏的亮度應(yīng)適當(dāng)?shù)鸵恍?，眼睛?huì)更舒適。過高的顯示亮度，短時(shí)間可能感覺圖像清晰、明亮，而長(zhǎng)久觀看容易引起眼睛的疲勞。亮度均勻性是指視覺顯示終端顯示區(qū)域內(nèi)最亮與最暗部分的亮度差異，是評(píng)價(jià)視覺顯示終端表面亮度是否一致和產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)。

人的視覺系統(tǒng)對(duì)色彩的感知是錯(cuò)綜復(fù)雜的，人類解析顏色受光源、光線反射和透射、觀察者眼睛和腦信息處理影響，是包含了對(duì)可見光長(zhǎng)波（紅）、中波（綠）及 短波（藍(lán)）等三部分的分量（R、G、B），為了量化地描述色彩，國(guó)際照明委員會(huì)（CIE）規(guī)定 了用相應(yīng)的坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值來表征顏色的量值，如 CIE1931XYZ 系 統(tǒng)、CIE1976UCS 系 統(tǒng) 等。視覺顯示終端屏幕上呈現(xiàn)同一顏色的圖像時(shí)，由于產(chǎn)品本身的質(zhì)量問題，在各個(gè)區(qū)域上的色度值可能不完全一致，衡量呈現(xiàn)顏色一致性的程度，用色度均勻性來表示。

對(duì)比度是顯示終端屏幕呈現(xiàn)100%（全白）灰度的圖 像與0（全黑）灰度的圖像亮度之比。一般來說對(duì)比度越高，圖像越清晰醒目。較高的對(duì)比度使圖像的清晰度、細(xì)節(jié)表現(xiàn)、灰度層次表現(xiàn)都比較好。但是，同一屏幕上黑白條紋之間的對(duì)比度稱為調(diào)制對(duì)比度；適宜的對(duì)比度可以延緩視覺疲勞。

表征視覺顯示終端能夠呈現(xiàn)顏色的范圍。色域通常使 用傳統(tǒng)的平面色域如 CIE1931 或 CIE1976 UCS 的色域覆蓋率表示，即輸入RGB 三原色信號(hào)，獲得三者色品坐標(biāo)所包圍的色度范圍大小。而彩色圖像往往包含不同亮度的圖像，因此呈現(xiàn)不同亮度下的色域性能，通常用三維系統(tǒng)中的 CIELAB 立體色域表示。尤其在低亮度下的色域范圍大小，表示顯示終端在低亮度畫面的顏色呈現(xiàn)性能。目前，市面上的顯示終端產(chǎn)品往往僅標(biāo)稱色域覆蓋率指標(biāo)，數(shù)值越大，表示能顯示的顏色越豐富。近幾年，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)開始推廣用立體色域大小來表示視覺顯示終端的顏色呈現(xiàn)能力。

表面反射系數(shù)是指光（入射光）投向視覺顯示終端時(shí)，其表面反射光的強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度之比值。受入射光的投射角度、強(qiáng)度、波長(zhǎng)以及屏幕表面材料等因素 的影響。在明亮環(huán)境下或觀看者的后上方有明亮目標(biāo) ( 如照明燈具、窗戶 )，視覺顯示終端的表面反射會(huì)明 顯降低視覺對(duì)比度，或產(chǎn)生嚴(yán)重的反射眩光。有抗反射膜或涂層的顯示屏，其表面反射會(huì)明顯降低。

顯示器可視角度指的是能從不同的方位清晰地看見屏幕上所有顯示內(nèi)容的角度，教室中多媒體顯示終端通常居中放置，在可視角度內(nèi)的學(xué)生都能獲得較好的視覺效果，在可視角度外的學(xué)生則容易因?yàn)榱炼然驅(qū)Ρ榷鹊慕档?，長(zhǎng)時(shí)間觀看容易引起視覺疲勞。

像素分辨率是指顯示器所能顯示的像素密度的大小。由于屏幕上的點(diǎn)、線和面都是由像素組成的，顯示器可顯示的像素越多，畫面就越精細(xì)，同樣的屏幕區(qū)域內(nèi)能顯示的信息也越多，所以分辨率是個(gè)非常重要的性能指標(biāo)。像素分辨率的數(shù)值用單位英寸中所包含的像素點(diǎn)數(shù)表示。

靜態(tài)圖像分辨率是指視覺顯示終端的調(diào)制對(duì)比 度（黑白條紋）結(jié)合人眼觀看圖像時(shí)的調(diào)制對(duì) 比度閾值，得出人眼實(shí)際能夠分辨的最高的線條密度，它比目前僅適用物理的像素分辨率表示顯示屏性能更加合理。

受顯示屏響應(yīng)時(shí)間和圖像拖尾、殘影等影響， 視頻圖像通常使用動(dòng)態(tài)圖像分辨率來表示實(shí)際動(dòng)態(tài)畫面的顯示效果。

圖像領(lǐng)域的顯示器響應(yīng)時(shí)間，是顯示器各像素點(diǎn)發(fā)光對(duì)輸入信號(hào)反應(yīng)的速度。動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間越短，則使用者在看動(dòng)態(tài)畫面時(shí)越不會(huì)有拖影、拖曳的感覺。

因響應(yīng)速度較慢，或者采用動(dòng)態(tài)掃描等技術(shù)造成視覺顯示終端圖像發(fā)生模糊或暫留的現(xiàn)象。

由于殘像，或者表面鏡面反射在顯示屏正常顯示的圖像中重疊其他影像，影響顯示屏的正常視覺效果。

通常人眼可感知頻率 70Hz 以下的調(diào)制脈沖光的閃 動(dòng)，長(zhǎng)時(shí)間在有視覺閃爍的顯示屏前工作或?qū)W習(xí)會(huì) 產(chǎn)生視覺疲勞甚至是頭痛等癥狀。此外由于教室環(huán) 境照明光源同樣存在閃爍現(xiàn)象，兩個(gè)相近頻率的閃 爍光則會(huì)產(chǎn)生“拍頻”現(xiàn)象，極易造成視覺上的感知錯(cuò)誤。

使用激光投影光源的視覺顯示終端，如激光投影儀，由于激光光源的相干性，使得投影在屏幕上的圖像產(chǎn)生散斑，激光散斑嚴(yán)重的情況下會(huì)降低圖像的清晰度，甚至?xí)黠@看到閃亮的散斑顆粒的存在，成為影響激光視覺顯示終端圖像質(zhì)量的關(guān)鍵因素。

在特定的環(huán)境光照條件下，視覺顯示終端上呈現(xiàn)出 100% 信號(hào)的白場(chǎng)亮度與全黑場(chǎng)時(shí)的亮度之比。更加符合實(shí)際使用環(huán)境使用情況。

在特定的環(huán)境光照條件下，視覺顯示終端顯示給定圖像的色度值與暗室條件下的色度值的差異。

在特定的環(huán)境光照條件下，視覺顯示終端能呈現(xiàn)的顏色范圍，通常用 CIE1931XYZ 或 CIE1976UCS 中的色域覆蓋率表示；在不同亮度的三維彩色空間（如 CIELAB）中能呈現(xiàn)的立體范圍，則用立體色域表示。

在特定的環(huán)境光照條件下，由顯示屏表面反射光線 引起的眩光 , 會(huì)引起視覺不適或疲勞。例如：在辦公室或?qū)W校教室內(nèi)普遍采用頂裝的燈具，高亮度的燈具表面通過視覺顯示終端的表面反射往往會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的反射眩光，干擾正常屏幕上圖像的識(shí)別。在常規(guī)液晶顯示終端的玻璃表面，極易產(chǎn)生此類現(xiàn)象，因此許多液晶顯示屏的玻璃 表面制作了抗眩光膜，減少鏡面反射。

一般 LCD、OLED 等視覺顯示終端，按 照IEC 62471和GB/T20145進(jìn)行評(píng)價(jià)， 光輻射安全等級(jí)均為免除類（RG0）。而 對(duì)于投影儀系統(tǒng)，觀看投影屏上的圖像時(shí)， 其光生物安全等級(jí)按照 IEC 62471-5 和 GB/T 30117.5，亦為“免除類”（RG0）。若直視投影機(jī)的出光口，則可能會(huì)導(dǎo)致眼 睛視網(wǎng)膜危害，造成視力下降。目前，國(guó) 際上允許使用風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為 RG2 類的投影儀產(chǎn)品 ; 對(duì)于視網(wǎng)膜藍(lán)光危害，只要注視觀看時(shí)間不超過 0.25 秒是安全的。在學(xué)校場(chǎng)所，建議投影機(jī)的光輻射風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)不超過 RG1 類 ; 對(duì)于一般學(xué)生，直視高亮度投影機(jī)的出光口不會(huì)持續(xù)到 100 秒， 應(yīng)該是安全的。

對(duì)于視網(wǎng)膜藍(lán)光危害，目前國(guó)際、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)主要是根據(jù)照明燈和燈系統(tǒng)的觀看 行為而制訂的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。如風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為 RG0、RG1 和 RG2 所對(duì)應(yīng)的危害評(píng)判時(shí)間分別為 2.8 小時(shí)、100 秒和 0.25 秒， 這與當(dāng)前的顯示產(chǎn)品的使用方式有差異。此外，對(duì)于涉及兒童的顯示產(chǎn)品，由于晶狀體的光譜透射特性以及會(huì)聚能力的差異，對(duì)依照現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估而得出的風(fēng)險(xiǎn)等 級(jí)應(yīng)做保險(xiǎn)估計(jì)，涉及顯示產(chǎn)品的光輻射危害的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)列入“十四五”計(jì)劃。