基于视觉舒适度的室内LED显示屏测试标准研究

周钢 刘秀娟 周宏 吴杜雄

（1.深圳赛西信息技术有限公司 广东省深圳市 518057 2.中国电子技术标准化研究院 北京市 100176）

（3.广州赛西标准检测研究院有限公司 广东省广州市 510700）

1 引言

小间距LED显示屏具有面积分辨率高、显示亮度大、屏幕拼接缝隙小、色彩自然真实等优点，在室内显示屏领域脱颖而出，广泛地应用到会议室、展览中心、大数据处理平台、监控中心等室内场所，作为信息发布、内容播放、视频监控、指挥控制等用途。若是LED显示屏设计安装、亮度设置、颜色显示、画面切换等不合理规范，将导致观察者出现人眼视觉不舒适的问题，如眼睛干涩酸痛、视力模糊下降、头部痛疼等现象[1]，不利于LED显示屏在行业中推广应用，鉴于目前国内外对LED显示屏在人眼视觉舒适度方面的测试工作较少，因此研究基于人眼视觉舒适度的室内LED显示屏测试方法，能对其光舒适度进行合理的评价和控制，是当前国内LED显示屏行业发展中所面临的重要问题。

2 标准化现状

人类通过眼睛对外界光线刺激产生的反应，形成明暗、颜色、大小、位置、形状等视知觉，以获取至少80%的外界信息，就能看清外界事物，可见眼睛极其重要[2]。眼睛是十分脆弱的器官，若是长时间观看在不舒适的LED显示屏，如亮度过高、显示亮度与周边光环境对比度大、屏幕存在闪烁、显示内容颜色不均匀等现象，轻则影响人的视觉感受、引起视觉疲劳，重则对人的生理、心理健康都会产生巨大的伤害[3]。

全球LED显示屏市场主要集中在中国，目前国际及国外等标准化机构对LED显示屏的技术理论研究很少，也尚无建立LED显示屏相关标准。虽然国内标准化机构制定LED显示屏的部分国家或行业标准，其标准化体系在不断的完善发展过程中，但无相关标准可以直接评价其光舒适度，目前国内LED显示屏的国家或行业标准不适用室内LED显示屏的光舒适度进行合理的评价和控制。制定室内LED显示屏光舒适度评价方法的国家标准，解决室内LED显示屏光舒适度评价问题，其意义是非常重大。国内标准化现状如表1所示。

3 测试方法

3.1 设计思路

基于文献资料查阅法，通过查阅相关资料及文献，借鉴国内外对液晶、等离子、LED等显示屏对人眼视觉舒适度的理论研究成果，深入调研分析室内LED显示屏由于设计、安装、使用等不规范问题导致观察者出现眼睛干涩酸痛的感觉，甚至视力下降、头痛等不舒适的问题。在SJ/T 11281-2017《发光二极管(LED)显示屏测试方法》等显示屏标准以及单位对LED显示屏积累大量客观与主观试验数据的工作基础上，采用定量性分析的客观评价法以便科学合理评价光舒适度，从LED显示屏的本身质量特性、与周边光环境关系、对观察者人眼视觉影响等三个维度出发，研制适用室内LED显示屏对人眼视觉影响的光舒适度评价指标，包括闪烁、现场最大亮度、最高亮室对比度、显示屏亮度与环境亮度的对比度、屏在观察者位置的照度、色度非均匀性等光度物理量。

联合高校、行业协会、龙头企业、科研院所等产业力量，集中各方之所长处，实现优势互补方式，通过专家讨论法，从术语与定义（规定室内LED显示屏涉及相关评价指标定义，便于使用者理解）、一般要求（涉及测试条件、测试仪表及软件、测试状态，保证测试数据科学合理）、评价方法（涉及闪烁、现场最大亮度、最高亮室对比度、显示屏亮度与环境亮度的对比度、屏在观察者位置的照度、色度非均匀性，明确可操性的测试过程）等方面多次论证室内LED显示屏的光舒适度评价指标可行性，形成国家标准GB/T XXXXX-XXXX《室内LED显示屏光舒适度评价方法》。

充分发挥单位作为科学公正的第三方实验室在LED显示屏的产品质量检测优势，搭建基于人眼视觉健康的客观光舒适度评价系统，采用室内LED显示屏光舒适度评价方法对大批量的不同室内LED显示屏产品进行多次反复地试验，以及组织不同试验受众群体观看不同光舒适评价指标的量化数值对主观心理舒服度感受，以确保室内LED显示屏光舒适度评价方法在LED显示屏行业发展中的适用性。

3.2 评价指标

3.2.1 闪烁

闪烁是指LED显示屏发出光线随着时间呈快速、重复的亮度周期性波动而导致的不稳定视觉感受，用视觉感知的相对亮度波动表示。利用光测试仪器测试最高灰度级与最高亮度级的LED显示屏亮度随时间变化的函数L(t)，分析亮度数据并对L(t)作傅里叶变换，得到频率函数PFFT(F)，用对比敏感度函数对PFFT(F)加权，得到P'FFT(F)，进行反傅里叶变换得到亮度随时间变化函数L'(t)，采用闪烁调制幅度的评价方法：由亮度随时间变化函数L'(t)获取平均亮度Ldc、波峰值Lmax和波谷值Lmin，按公式（1）计算闪烁调制幅度FMA。

3.2.2 现场最大亮度

现场最大亮度是指LED显示屏在最高灰度级、最高亮度级时的亮度，而全彩色LED显示屏为规定色温下的白场亮度。用彩色分析仪测试全黑场的LED显示屏法线上的背景亮度Ld，以及高灰度级与最高亮度级的LED显示屏法线上的屏幕亮度Lmax，按公式（2）计算现场最大亮度L。

3.2.3 最高亮室对比度

最高亮室对比度是指LED显示屏最大亮度和背景亮度的比值。用现场最大亮度测试方法分别测试LED显示屏法线上的屏幕亮度Lmax和背景亮度Ld，按公式（3）计算最高亮室对比度Cd。

3.2.4 显示屏亮度与环境亮度的对比度

显示屏亮度与环境亮度的对比度是LED显示屏在最高灰度级、最高亮度级时的平均亮度与人眼视野范围内的周围环境平均亮度之间的比值。用成像亮度计测试最高灰度级与最高亮度级的LED显示屏平均亮度Lavg，以及其中心垂直线60°视场角内（除LED显示屏外）所有背景的环境平均亮度Lb，按公式（4）计算显示屏亮度与环境亮度的对比度Cb。

表1：国内标准化现状

表2：室内LED显示屏的试验数据

3.2.5 屏在观察者位置的照度

屏在观察者位置的照度是指观察者在观看LED显示屏的最佳距离位置，LED显示屏入射到人眼的照度。用照度计测试全黑场的LED显示屏背景环境照度Ed，以及最高灰度级与最高亮度级的LED显示屏照度Emax，按公式（5）计算屏在观察者位置的照度E。

3.2.6 色度非均匀性

色度非均匀性是指LED显示屏中心位置颜色与其他位置颜色的色差，用CIE 1976均匀色度空间（u'，v'）的偏差∆u' v'表征。用九点法，选取LED显示屏的屏幕中心点P0，并在全屏范围内任意离散抽取其它8个测试点P1～P8。用彩色分析仪分别测试最高灰度级与最高亮度级的LED显示屏P0～P8的色度坐标（u'，v'），表示为（u0'，v0'）～（u8'，v8'），按公式（6）计算色度非均匀性Δui' vi'。

4 试验验证

试验所用的测试仪器经过第三方实验室机构校准合格，性能参数满足相关标准要求，其关键技术指标：亮度相对示值误差≤±5%，色品坐标绝对示值误差≤±0.003（相对于标准A光源）；照度相对示值误差≤±4%。

选取室内LED显示屏为试验对象，LED显示屏处于无影响测试准确度的机械振动、电磁和光电等干扰的环境中，环境照度变化在±10%之内，且不存在明显的有色光源[4]。测试前，LED显示屏预热时间为半个小时以上，以保证处于热稳定状态；测试中，LED显示屏调试到最佳状态，保持其配置参数与工作状态不变。以像素间距2.5mm的室内LED显示屏为部分样品，测试结果如表2，验证国家标准GB/T XXXXX-XXXX《室内LED显示屏光舒适度评价方法》具有可行性。

5 结语

本文分析LED显示屏的标准化现状，针对国家标准GB/T XXXXX-XXXX《室内LED显示屏光舒适度评价方法》，提出设计思路，建立评价指标，并进行验证其可行性，解决光舒适度标准化的缺失问题，将为我国LED显示屏产品的光舒适度进行统一标准检测评估，有利于提升我国LED显示屏产品竞争力，有效实现对LED显示屏产业的研发、生产、应用等全方位的支撑，提升LED显示屏产品质量技术水平，推动我国LED显示屏行业高质量发展。