儿童青少年健康光环境综合指导意见（二）：健康光环境的主要指标
【前文回顾：儿童青少年健康光环境综合指导意见（一）：何为健康光环境？】
1.3健康光环境的主要指标
通过前面的论述，我们知道光对人眼的效应不仅有视觉效应，还有非视觉效应，这两种效应共同决定着光环境的质量，为了设计适合儿童青少年的健康光环境，我们需要了解一些光度学与色度学的参 数指标。
亮度是指发光体发出可见光的强度与光源表面积之比，通常用单位投影面积上的发光强度来表示，亮度的单位是坎德拉/平方米（cd/m2 ）。
色温是颜色温度的简称，通常指黑体辐射的温度产生的白光的颜色，色的概念就是可见光谱能量分布在大脑的反映。低色温白光偏黄色调，而高色温白光偏蓝色调。当光源的色品点（色坐标）不在黑体轨迹上，且光源的色品与某一温度下的黑体的色品最接近时，该黑体的绝对温度为此光源的相关色温，简称相关色温。符号 Tcp，单位为K。例如，40W白炽灯的相关色温约为2700K，普通白光日光灯（双端荧光灯）的相关色温约为6500K，夜晚满月色温约为4100K。
光通量是指发光体在单位时间内所发出的光度能量。单位：流明 lm。对于光源而言发光是其最主要的性能，光通量是最关键的指标，光通量值越大，灯越亮。
照度是指被照物体表面积上所接受可见光的光通量，单位为勒克斯（lx），用于评价光照的强弱和物体表面积被照明程度的量。通常在教室里关注两个照度数，一个是课桌面上的水平照度，另一个是黑板面的垂直照度。
照度均匀度是指被照表面上的最小照度与平均照度之比。描述了在工作面上整个环境上的光分布特性。工作面上光环境的明暗差会影响到可见性、舒适度及视觉感。
显色性表示了人造光源与太阳相比对物体颜色的还原能 力。最常用来描述光源显色性的指标是一般显色指数Ra，以被测光源下物体颜色和参考标准光源下物体颜色的相 符合程度来表示，是由范围在 0-100 的数字来代表光源的显色性，数字越大代表显色性越好。特殊显色指数是被测光源和参照标准光源照明体分别照明CIE某个试验色样所呈现一致程度的度量，例如，特殊显色指数R9是对饱和红色的显色指数。
（UGR）眩光是指由于视野中的亮度分布或亮度范围的不适宜，或存在极端的对比，以致引起不舒适的感觉或降低观察细部或目标的能力的视觉现象。而统一眩光值是一种用来描述眩光引起的不舒适感主观反映的心理参量，其值可按CIE统一眩光值公式计算，用 UGR 表示，该值越大眩光越严重，UGR ≤ 19时被认为是仅可接受的眩光感觉。眩光是引起不舒适和视觉疲劳的重要原因之一。
平均亮度相同，但均匀和非均匀照明光源引起的眩光不舒适感却会存在很大的差异，使用基于平均亮度的UGR进行非均匀照明光源的不舒适眩光评价并不可靠。因此，CIE 于2019年给出了非均匀光源眩光 UGR 的公式。
UGR 值与不舒适眩光程度语义的对应关系如下表所示。
表 1.2 UGR 值与不舒适眩光程度对应表
闪烁是指光源发光强度或光谱分布随时间波动引起的视觉不稳定现象。在交流电下工作的几乎所有光源都会产生闪烁，只是程度不同。根 据交流电流的频率、波形，光源或灯具对电流的整流效果、光源对于电流的响应不同等，有的灯具发出的光的闪烁是肉眼可以观察到的，有的是仪器才可以测量到的。光的交流变化和运动的物体也可能产生频闪效应，使人产生错觉。这些存在的闪烁或频闪效应对人体的视觉感知都会有或大或小的影响。严重的可能导致青少年视觉功能的下降，引起视觉疲劳甚至癫痫、偏头痛等严重的健康问题。
蓝光是波长在 400nm—500nm 范围的可见光，它是白光的重要组成部分，是成像所必须的。从光生物安全角度讲，任何光超过一定的辐亮度或辐照度都是有害的，蓝光也不例外，蓝光视网膜危害是光生物安全中的一种危害。蓝光危害是指由波长主要 400nm—500nm 的过量辐射照射后引起的光化学损伤。蓝光过量可能引发近视度数越来越高、头疼和学习效率降低、视觉紊乱、眼睛干涩、疲劳等问题。蓝光的视觉危害是由直接照射到眼睛的过强辐照度造成（与光成像面积有关），造成蓝光的视觉危害是需要时间（能量）积累的。
根据可能造成危害的最长曝光辐照时间不同，可将危害等级分为 0 类危险（无危险）、1 类危险（低危险）、2 类危险（中度危险）以及 3 类危险（高危险）四个级别。对于一般的应用而言，0 类危险和 1 类危险的产品均可以安全的使用；2 类危险和3 类危险的产品若使用不当可能对人眼造成不可逆的危害。
LED 是否有蓝光危害一直备受关注并被夸大宣传。从光生物安全的角度来衡量，常规照明中 LED 与以白炽灯、荧光灯为例的传统照明中的光源并没有本质上的差别， 其辐射强度远远达不到引起光化学损伤的程度，不直视光源的情况下一般不存在蓝光危害问题。国际照明委 员会提出较长时间（>100s）暴露在 LED 手电筒、LED 汽 车前灯和 LED 投光灯下，有可能接触到过度的蓝光，导致健 康危害。同时电视、手机、平板电脑，包括一些儿童玩具，长时间直视也有损害健康的风险。
一些学者与媒体往往将蓝光危害与光生物效应混为一谈，造成混乱。当涉及生物钟（昼夜节律）紊乱或睡眠障碍时，不应使用术语“蓝光危害”。
表 1.3 蓝光危害等级表
光通过人眼本征感光视网膜神经节细胞通道抑制松果体分泌 褪黑激素，刺激肾上腺分泌皮质激素等机制，起到调节人体 生理节律、警觉度和代谢过程，影响人体健康的效应。人们日出而作，日落而息的生理节律是随着一天中的光照进行变化的。这种非成像感光细胞控制了许多的非视觉生物效应，例如生理节律、体温、心率、内分泌、精神等。光照周期与人的生物钟应当是匹配的，而不匹配的光照会扰乱人体的褪黑素分泌造成身体内在昼夜节律紊乱，进而对人体健康产生若干负面影响，诱发诸如肥胖、糖尿病、睡眠障碍、代谢综 合症、情绪失调、抑郁、癌症等疾病。为使照明环境更有利于生物钟的健康，有人提出用光对人体生物效应等效的褪黑素光照度来计量。
1.4显示设备相关指标
信息显示设备的广泛应用，使得儿童青少年有更多的时间直视显示屏；与照明相比，人眼在观看显示设备呈现的文字、 图像时，其行为方式有诸多差异；因此显示设备的光学辐射及图像特性对儿童青少年的视觉和身心健康影响越来越重要。
显示刷新频率是指屏幕每秒画面被刷新的次数，单位为赫兹（Hz）；刷新频率越高越好，显示的画面稳定，尤其观看视频时 的动态图像流畅、自然清晰，对眼睛的影响小。刷新频率低，图像的闪烁和抖动就明显，容易引起眼晴的疲劳。一般来说， 显示刷新频率达到 80Hz 以上就不容易看到显示图像的闪动现象。
人眼“看”到显示图像的明暗，是与屏幕上呈现的图像亮度有关。它也直接反映了图像经人眼晶状体聚焦后视网膜上的照度大小 ; 视网膜上的照度还与人眼瞳孔面积成正比关系，而瞳孔大小与人眼的视野的背景亮度有关。因此，在白天明亮的室内环境下，显示屏的图像亮度 100cd/m2 至 300cd/m2 为宜，具体视周边环境的光照 水平。而户外光照强度高，显示屏的亮度应更高。在夜里，周边环境暗，显示屏的亮度应适当低一些，眼睛会更舒适。过高的显示亮度，短时间可能感觉图像清晰、明亮，而长久观看容易引起眼睛的疲劳。亮度均匀性是指视觉显示终端显示区域内最亮与最暗部分的亮度差异，是评价视觉显示终端表面亮度是否一致和产品质量的关键指标。
人的视觉系统对色彩的感知是错综复杂的，人类解析颜色受光源、光线反射和透射、观察者眼睛和脑信息处理影响，是包含了对可见光长波（红）、中波（绿）及 短波（蓝）等三部分的分量（R、G、B），为了量化地描述色彩，国际照明委员会（CIE）规定 了用相应的坐标系中的坐标值来表征颜色的量值，如 CIE1931XYZ 系 统、CIE1976UCS 系 统 等。视觉显示终端屏幕上呈现同一颜色的图像时，由于产品本身的质量问题，在各个区域上的色度值可能不完全一致，衡量呈现颜色一致性的程度，用色度均匀性来表示。
对比度是显示终端屏幕呈现100%（全白）灰度的图 像与0（全黑）灰度的图像亮度之比。一般来说对比度越高，图像越清晰醒目。较高的对比度使图像的清晰度、细节表现、灰度层次表现都比较好。但是，同一屏幕上黑白条纹之间的对比度称为调制对比度；适宜的对比度可以延缓视觉疲劳。
表征视觉显示终端能够呈现颜色的范围。色域通常使 用传统的平面色域如 CIE1931 或 CIE1976 UCS 的色域覆盖率表示，即输入RGB 三原色信号，获得三者色品坐标所包围的色度范围大小。而彩色图像往往包含不同亮度的图像，因此呈现不同亮度下的色域性能，通常用三维系统中的 CIELAB 立体色域表示。尤其在低亮度下的色域范围大小，表示显示终端在低亮度画面的颜色呈现性能。目前，市面上的显示终端产品往往仅标称色域覆盖率指标，数值越大，表示能显示的颜色越丰富。近几年，国际标准开始推广用立体色域大小来表示视觉显示终端的颜色呈现能力。
表面反射系数是指光（入射光）投向视觉显示终端时，其表面反射光的强度与入射光的强度之比值。受入射光的投射角度、强度、波长以及屏幕表面材料等因素 的影响。在明亮环境下或观看者的后上方有明亮目标 ( 如照明灯具、窗户 )，视觉显示终端的表面反射会明 显降低视觉对比度，或产生严重的反射眩光。有抗反射膜或涂层的显示屏，其表面反射会明显降低。
显示器可视角度指的是能从不同的方位清晰地看见屏幕上所有显示内容的角度，教室中多媒体显示终端通常居中放置，在可视角度内的学生都能获得较好的视觉效果，在可视角度外的学生则容易因为亮度或对比度的降低，长时间观看容易引起视觉疲劳。
像素分辨率是指显示器所能显示的像素密度的大小。由于屏幕上的点、线和面都是由像素组成的，显示器可显示的像素越多，画面就越精细，同样的屏幕区域内能显示的信息也越多，所以分辨率是个非常重要的性能指标。像素分辨率的数值用单位英寸中所包含的像素点数表示。
静态图像分辨率是指视觉显示终端的调制对比 度（黑白条纹）结合人眼观看图像时的调制对 比度阈值，得出人眼实际能够分辨的最高的线条密度，它比目前仅适用物理的像素分辨率表示显示屏性能更加合理。
受显示屏响应时间和图像拖尾、残影等影响， 视频图像通常使用动态图像分辨率来表示实际动态画面的显示效果。
图像领域的显示器响应时间，是显示器各像素点发光对输入信号反应的速度。动态响应时间越短，则使用者在看动态画面时越不会有拖影、拖曳的感觉。
因响应速度较慢，或者采用动态扫描等技术造成视觉显示终端图像发生模糊或暂留的现象。
由于残像，或者表面镜面反射在显示屏正常显示的图像中重叠其他影像，影响显示屏的正常视觉效果。
通常人眼可感知频率 70Hz 以下的调制脉冲光的闪 动，长时间在有视觉闪烁的显示屏前工作或学习会 产生视觉疲劳甚至是头痛等症状。此外由于教室环 境照明光源同样存在闪烁现象，两个相近频率的闪 烁光则会产生“拍频”现象，极易造成视觉上的感知错误。
使用激光投影光源的视觉显示终端，如激光投影仪，由于激光光源的相干性，使得投影在屏幕上的图像产生散斑，激光散斑严重的情况下会降低图像的清晰度，甚至会明显看到闪亮的散斑颗粒的存在，成为影响激光视觉显示终端图像质量的关键因素。
在特定的环境光照条件下，视觉显示终端上呈现出 100% 信号的白场亮度与全黑场时的亮度之比。更加符合实际使用环境使用情况。
在特定的环境光照条件下，视觉显示终端显示给定图像的色度值与暗室条件下的色度值的差异。
在特定的环境光照条件下，视觉显示终端能呈现的颜色范围，通常用 CIE1931XYZ 或 CIE1976UCS 中的色域覆盖率表示；在不同亮度的三维彩色空间（如 CIELAB）中能呈现的立体范围，则用立体色域表示。
在特定的环境光照条件下，由显示屏表面反射光线 引起的眩光 , 会引起视觉不适或疲劳。例如：在办公室或学校教室内普遍采用顶装的灯具，高亮度的灯具表面通过视觉显示终端的表面反射往往会产生严重的反射眩光，干扰正常屏幕上图像的识别。在常规液晶显示终端的玻璃表面，极易产生此类现象，因此许多液晶显示屏的玻璃 表面制作了抗眩光膜，减少镜面反射。
一般 LCD、OLED 等视觉显示终端，按 照IEC 62471和GB/T20145进行评价， 光辐射安全等级均为免除类（RG0）。而 对于投影仪系统，观看投影屏上的图像时， 其光生物安全等级按照 IEC 62471-5 和 GB/T 30117.5，亦为“免除类”（RG0）。若直视投影机的出光口，则可能会导致眼 睛视网膜危害，造成视力下降。目前，国 际上允许使用风险等级为 RG2 类的投影仪产品 ; 对于视网膜蓝光危害，只要注视观看时间不超过 0.25 秒是安全的。在学校场所，建议投影机的光辐射风险等级不超过 RG1 类 ; 对于一般学生，直视高亮度投影机的出光口不会持续到 100 秒， 应该是安全的。
对于视网膜蓝光危害，目前国际、国家标准主要是根据照明灯和灯系统的观看 行为而制订的风险等级。如风险等级为 RG0、RG1 和 RG2 所对应的危害评判时间分别为 2.8 小时、100 秒和 0.25 秒， 这与当前的显示产品的使用方式有差异。此外，对于涉及儿童的显示产品，由于晶状体的光谱透射特性以及会聚能力的差异，对依照现有标准评估而得出的风险等 级应做保险估计，涉及显示产品的光辐射危害的国家标准已经列入“十四五”计划。
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来源：阿拉丁新闻中心
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