面向电子屏的视力疲劳度研究

景豆 何书前 石春

摘要：近年来，随着手机、平板电脑的普及和因特网的迅速发展，很多人在工作和生活中，习惯于长时间使用电脑、手机等电子产品.网上查资料、 网上聊天、网上找工作、网上玩游戏等已成为当今中国大学生获取信息及休闲娱乐的重要方式。视力疲劳患者如今日渐增多。了解和分析目前电子屏幕对眼睛的影响，对长期电子屏幕使用者给予建议，对预防眼睛造成的疾病尤其重要的意义。为此本文针对手机、平板电脑屏幕对视力疲劳的影响进行调研，并采用问卷调查法进行数据收集，利用主观评分法与客观测量法相结合。根据不同电子屏幕的屏幕尺寸以及实验对象所观看的时间、内容等多个方面进行实验，结合现有的理论研究与技术从而得出面向电子屏的视力疲劳度的模型。

关键词： 电子屏幕；问卷调查；视力疲劳度；模型实验教学

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）14-0244-04

Abstract： Nowadays， with the popularity of mobile phones， tablet computer and the rapid development of the Internet， a lot of people have accustomed to a long period of time using computers， cell phones and other electronic products in work and life. To find information online， chat online， find a job online and play games online has become today's Chinese college students are an important means for information and entertainment. Now， the vision fatigue patients are an increasing incidence. To understand and analysis of the current electronic screens for eye function which the influence of the users of a computer screen for a long times to intervene， to prevent eye diseases is particularly important. This paper in view of the mobile phone， tablet computer screen to research the influence of vision fatigue and uses the questionnaire for data collection， uses subjective evaluation method and objective measurement method. According to the screen size of different electronic screens as which as the experimental object to watch the experiment time which content and so on several aspects， combined with the theoretical knowledge and technology so as to draw the electronic screen vision fatigue model.

Key words：Electronic Screens；The Questionnaire Survey；Visual Fatigue；Model

1引言

20世纪70年代初期，瑞典Hultgreen和Kanve在一家保险公司观察50%以上的视觉显示终端（VDT）作业人员存在着眼睛疲劳等问题之后，欧、美、日及中国的许多学者都相继开展了VDT作业与人体健康问题的研究。20世纪70年代开始，发达国家的各种行业开始大量使用VDT.VDT作業与普通作业有很多不同，它给使用者带来了许多职业病，如眼睛、手腕、肩、背等部位的骨骼肌和心理学方面有多种不舒服，现称VDT综合征。从20世纪80年代开始，作业主要以实验研究为主。与经济发达的国家对比，我国对VDT作业的研究起步较晚。直到80年代，在学术刊物上发表的作业研究的文章中绝大多数都是调查报告，真正的实验研究的论文较少。目前，作业研究主要存在以下的几方面：问题缺乏比较深入的剖析、调查内容缺乏系统性、调查过程与方法不够规范、实验研究少、研究方法单一、缺少对作业者生理心理疲劳程度的定量研究。最近几年以来国内外有关的研究结论，一致认为VDT作业主要有损健康问题是眼睛疲劳、眼肌营养障碍和职业性应激，而其他的一些反应也均与VDT作业的有关。

通过查阅相关文献发现，国内研究者已经就阴极射线管显示器（CRT）和液晶显示器（LCD）的显示工效及影响因素进行了大量分析，并取得了丰富的研究成果。但是目前对于电子屏幕亮度的研究主要集中体现在CRT和LCD显示器的研究，缺乏对手机、平板电脑等电子屏幕及其影响因素（观看内容、周围环境、屏幕亮度以及分辨率、对比度等）对视力疲劳的影响。为此选取手机、平板电脑电子屏的视力疲劳度模型进行研究。

2 视觉疲劳测量方法

视觉显示终端引起的视觉疲劳测量方法很多，可分为三类：主观评分法、主任务评分法、客观测量法。本次试验因条件的限制，主要采用主观评分法。主观评分法主要以用户调查评分为基础。通过让被调查者完成一些任务或者回答一些问题，让调查者积极参与，可以通过对任务完成的好坏来评价被试者疲劳状态的变化好坏。

2.1 眨眼频率

查阅相关文献资料发现，以前的眨眼频率都是通过照相机捕获的，而现在随着科学技术的进步，可以通过多种技术获得眨眼频率。Sakamoto（2009）采取EOG的方法来计算在不同作业条件下使用电子屏幕的眨眼频率[3]。

本次实验通过对比人在不同情况下的眨眼的频率来进行实验的考察。研究已经表明：长时间的观看电子屏幕会造成眨眼频率减少，而眨眼频率的减小会引起其他的相关症状，严重时会导致暂时性失明。因此，人在視觉疲劳时眨眼次数减少，视觉疲劳越严重。

由表1可知在不同情况下眨眼频率是不一样的，正常情况下眨眼频率位24次/分钟，当用户在写字时眨眼频率为18次/分钟，在看书时眨眼频率为15次/分钟，在打电脑游戏时眨眼频率为10次/分钟，从数据中可以看出在面对电子屏幕时眨眼频率与正常相比较会减少。

2.2 主观评价

主观评价也是一种重要的测量方法。本实验测量眼睛疲劳的主观评价表综合了Heuer（1989）[2]和Rafael（2001）[3]所开发出的问卷。采用自行设计的匿名形式进行调查。内容包括使用电子屏幕的尺寸、每日电子屏幕的使用时间和内容、视疲劳症状等，由于语言习惯和不同语言语义差别的问题， 排除掉一些不恰当的问题，最终问卷概括为5项内容，为了避免问卷者主观造成的影响，因此评价量表选用了指标制，见表2 。

每个指标先按程度：无症状、不严重、严重、较严重分级。不严重：症状轻，休息后缓解；严重：症状经常出现，对生活及工作，产生了一定的影响，必须用药缓解；较严重：症状持续存在，严重影响生活及工作，用药后不能缓解。

3 实验环境设计与现状分析

3.1实验环境设计

本文选取海南师范大学1000名在校学生作为研究载体，使用终端APP采集和问卷调查的方式，收集一周内移动终端使用和眼部主观评测数据。在整个实验过程中，所有被调查者的身体和心理状况要求良好。其中，选择晚上固定时段固定场景进行测试，温度为室内适宜温度23-280C，相对湿度为30%-60%，排除外部环境对眼睛的干扰，调查者与视频显示终端的距离为40-50厘米，而且最好双眼平视或轻度向下注视荧光屏，排除距离对眼睛的干扰保证实验能够最少干扰的进行。以2.2节中设计的视疲劳度综合判断标准进行测试。

3.2 现状分析

3.2.1 电子屏幕的使用时间段

根据采集数据，因平时上课，大部分测试对象选择晚上20点至23点使用移动终端，如表3所示，占了86.8%；这个时段的环境因此，选出这部分的学生作为进一步的测试对象，移动终端屏幕的辐射以及屏幕灯光的晃动很容易使眼睛疲劳，从而造成眼睛视力的下降。

通过表3的数据发现64.99%的调查者集中在晚上20：00-23：00使用电子屏幕，这很符合中国人的作息习惯，晚上是人一天中最放松的时间，上班族已经下班了，学生们也放学了，所以此时是电子屏幕使用的时间高峰。屏幕亮度、屏幕尺寸、观看内容、观看时间成为影响视力疲劳的主要原因。

3.2.2 每日累计使用电子屏幕的时间

根据调查研究表4数据显示，被调查者每日累计使用电子屏幕时间为4.55±2.55小时，长时间地盯着电子屏幕，会引起眼睛的视觉疲劳及眼部相关症状。调查者中有33.78%的人群每天使用电脑超过2小时，长时间使用电子设备时需要眼部肌肉持续收缩才能看清电子屏幕，尤其容易导致视力疲劳，更甚至会引发视频终端综合征。

3.2.3 电子屏幕的用途

根据调查数据分析，电子屏幕的用途排在前三的依次是：78.95%的调查者主要使用电子设备聊天，78.72%的调查者主要用于看电影、听音乐等娱乐方面，65.90%的调查者则是为了获取有用的信息。

3.2.4电子屏幕的相关参数

根据调查结果显示，有26.71%的调查者对电子屏幕的相关参数（屏幕的材质、屏幕的尺寸以及屏幕的分辨率等）完全不了解，有65.53%的问卷者对自己所使用的电子屏幕的相关参数只了解一点，而这一点仅限于在网上百度的相关知识，并没有做一个系统的深入了解，仅有7.76%的问卷者对电子屏幕的相关参数有了解，这其中还有很多是计算机相关专业的同学，通过上述分析发现大多数的用户对自己所使用的电子屏幕并没有很好的了解，因此可以建议相关生产商在生产电子设备的时候应该注重对电子屏幕相关参数的宣传，使用户能够更为合理的选择适合自己的电子设备。

4 基于时间的视力疲劳度模型

把视力的指标程度作为横坐标，并将无症状作为1级，不严重作为2级，严重作为3级，较严重作为4级，把视力的症状作为纵坐标。

4.1在使用电子屏幕累计2小时以下

当在使用电子屏幕累计时间2小时以下时，调查者人数大致分布如下，通过分析数据可以发现，随着眼睛程度得逐渐严重，视力症状会大致遵从二次函数

如表5所示，数据拟合结果为[R2=0.9985]，表示数据之间的关联程度为0.9985，关联程度越大，数据与函数模型匹配度越高。在眼部症状程度处于无症状和严重之间时，眼部症状患者达到顶峰，而后随着严重程度的增加，患者人数开始呈现下降的趋势，因此说明当电子屏幕累计2个小时以下的时候，主要呈现眼痛、眼干、眼痒等相关症状，同时处于无症状和不严重的人数较多，短时间的注视电子屏幕对视力疲劳度的影响不大。

4.2在使用电子屏幕累计2-4个小时

当在使用电子屏幕累计时间2-4个小时的时候，调查者人数大致分布如下，通过分析数据可以发现，视力的指标程度和视力的症状大致遵从指数函数。

如表6所示，根据拟合结果为[R2=0.9593]，表示数据之间的关联程度为0.9593，关联程度越大，数据与函数模型匹配度越高。随着横坐标指标程度的增加，纵坐标反而下降，说明在问卷者使用电子屏幕4个小时以下时，主要呈现眼痛、眼干、眼痒、事物模糊、重影、异物感等相关症状，此时处于不严重的人数多于无症状的人数，严重与较严重的人数与2个小时以下的人数有了很大的增加，说明随着使用电子屏幕时间的增加，眼部患者的人数也随着增加，由开始的5人增加到141人，因此 建议用户在使用电子屏幕4个小时的时候应该及时给予眼睛适当的休息。

4.3使用电子屏幕累计4-6小时情况分析

当在使用电子屏幕累计时间4-6个小时的时候，调查者人数大致分布如下，通过分析数据可以发现，视力的指标程度和视力的症状大致遵从二次函数：

如表7所示，数据拟合结果为[R2=0.8342]，表示数据之间的关联程度为0.8342，关联程度越大，数据与函数模型匹配度越高。随着横坐标指标程度的增加，纵坐标反而下降，说明在问卷者使用电子屏幕4-6小时，除了呈现之前的症状有30%的问卷者开始出现畏光、流泪、视力下降等相关症状，此时严重与较严重的患者增加了40%，说明随着使用电子屏幕时间的增加，患者的眼部症状的程度也在快速增长，65%的调查者眼睛开始出现不适的症状。

4.4使用电子屏幕累计6小时以上情况分析

当在使用电子屏幕累计时间6小时以上的时候，调查者人数大致分布如下，通过分析数据可以发现，视力的指标程度和视力的症状大致遵从指数函数：

如表8所示，数据拟合结果为[R2=0.8007]，表示数据之间的关联程度为0.8007，关联程度越大，数据与函数模型匹配度越高。随着横坐标指标程度的增加，纵坐标反而下降，说明在问卷者使用电子屏幕6个小时以上时，75%的调查者眼睛开始出现不适的症状.部分患者眨眼频率低于正常次数需要就医才可以缓解症状。

4.5 模型验证

在得出模型后，选取符合本次研究条件的调查者200人，将这些调查者平均分为四组后，安排观看相同内容的4.6英寸手机。第一组的50名调查者观看时间为2个小时，第二组的调查者观看时间为3个小时，第三组的调查者观看时间为5个小时，第四组的调查者观看时间为7个小时，每隔半小时对调查者做一次眼部观察。观看时间结束后，通过观察调查者的眼部情况，发现第一组的调查者由于观看电子屏幕时间较短，部分同学出现了眼干，眼痛等症状，但症状程度并不是很严重；第二组的调查者大部分开始出现事物模糊等症状，第三组的调查者开始出现流泪等症状，第四组的同学开始出现头晕恶心，不能继续观看电子屏幕的症状。通过对比发现调查者的症状出现的时间以及症状，发现数据基本符合模型曲线。

即当在时间一定的情况下，眼睛症状与指标程度大致准从分段函数模型。

5 结论

通过此次试验对使用电子屏幕引起的视觉疲劳测量进行了研究和分析，由于实验条件及其实验设备的限制还有存在一些问题需要进一步的探讨。随著电子屏幕的移动化，人们工作、娱乐的多样化和随意性，对视觉疲劳造成的影响还有待进一步研究。随着科学技术的进步，现有的测量视觉疲劳的方法可能会存在或多或少的问题，也会有新的测量方法被发现应用，更好地测量和评价视觉疲劳，为使用者提供更有效的建议。

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