中國半導體照明網聯合CSA多個微信群，將從9月開始推出微信群線上分享會，邀請專家進行線上專題分享。形式為：分享者語音或文字，群友可以隨時提問題，提問用文字，半小時分享，半小時交流。經分享內容專家同意的前提下，我們將整理出文稿發布至中國半導體照明網及各大微信群。第一期嘉賓分享已經成功舉辦，以下是第一期分享資料如下：

 

　　第1期分享會主題：LED產品視覺人因和光健康影響研究

 

　　時間：2015年9月14日20：00-21：00

 

　　研究方向：照明、顯示及其他可視化產品（視覺響應產品）的視覺健康與安全防護技術、光學、視光學、標準化、實驗室認證認可技術。

       以下是根據蔡建奇研究員在CSA應用推廣委員會群分享整理，敬請關注和收藏。

伴隨我國綠色照明項目推廣的逐漸深入，綠色照明的含義已從項目伊始時著重于照明產品的節能性要求逐步提升為在具備節能性要求的同時能夠有效改善光健康質量的要求，光健康質量即照明對于人的健康舒適度影響，它是從人的生理和感知的角度有效評價光對于人是否存在健康安全性影響的重要指標，也是推廣綠色照明從而最終構建“以人為本”的環保社會的核心要求之一。

 

　　伴隨LED照明產品的全球推廣，LED光源產品的健康安全問題愈發為世人所關注，本文系統性的介紹了健康舒適度評價這一有別于傳統物理檢測的人因評測方法和評價指標體系，并對其中的各個評價指標及產業化應用進行了簡要的概述。

 

　　一、何為照明產品健康舒適度

 

　　照明對于人的影響一般可歸結為三個方面：視覺影響、腦力負荷影響以及皮膚影響，其中皮膚影響最小，而產生視覺影響與腦力負荷影響的受體器官是人眼，因此照明產品健康舒適度即是以照明的最終核心受體--人眼為研究對象，從人的生理和感知的角度，有效評價照明光是否存在健康安全性影響--研究照明產品不同光參數（亮度、照度、色溫、顯色指數、峰值光譜、頻閃等）與人眼各項 視生理功能及相關的腦部負荷功能之間的對應關系，構建人眼視覺（疲勞）、人眼光譜影響、腦力負荷影響等客觀評價模型，提出客觀量化人眼健康舒適度的評價指標、限定值/限定范圍，并基于客觀量化指標形成產品物理參數-人體生理功能參數互為映射的、能夠有效指導企業研發生產的光源配比模型，從而指導企業生產出兼具節能性和健康安全性的照明產品，引導照明產品的健康發展。

 

　　健康舒適度的概念源自于人因工程學，它是研究人類在不同環境、產品以及服務影響下的不同身體和心理狀態的理論。由于過去對于人體科學的研究尚不發達，因此傳統人因學更多著眼于以心理學為基礎的產品可用性研究--利用主觀心理問卷的方法，通過統計學的方式，指導產品的可用性研發；但是伴隨近30年來測試技術的高速發展，人因學的研究方向也從傳統的主觀心理研究逐步轉向客觀生理研究，其主要目標也從過去的產品可用性研究逐步轉向產品“健康”性研究。

 

　　健康舒適度研究作為人因學未來的主要發展方向，利用前沿的人體機能檢測設備，通過大樣本量的人因測試所形成多參數數據庫，客觀量化出人-機（產品、服務等）-環三者之間的匹配關系，從而最終形成有別于傳統產品物理性能指標的“人因評價指標”，并通過人因評價指標有效規范產品物理性能指標的限定值及限定范圍，最終基于“產品物理參數與人體生理功能參數能夠互為映射”這一人因評價指標的主要特點，形成能夠有效指導企業研制出更具“健康”屬性產品的“人因-物理指標參數配比模型”（針對照明領域本團隊將其稱作光源配比模型）。簡而言之，健康舒適度是評測并指導改進產品“健康、舒適、安全、效率”性能的方法，其核心就是持續提升產品的“健康、安全、高效”三大屬性。

 

　　二、視覺健康舒適度是照明產品健康舒適度研究的首要研究議題

 

　　人眼作為照明產品的最終受體，其健康影響主要是視覺影響、眼生理機能影響以及腦力負荷影響三個方面，其中視覺影響是上述研究的首要重點，理由如下：

 

　　1.視覺健康與否直接影響人的生活質量

 

　　伴隨信息化社會的來臨，信息的汲取已成為人類生活、學習、工作、成長發展的核心要素，而人的信息獲取90%來自于視覺，因此視覺健康與否不但影響著人的身體健康，更對人的生活、學習、工作、成長起著重要的作用。

 

　　2.照明、顯示及其他可視化產品的普及已成為人眼屈光不正（近視、散光、遠視）大幅增長的誘因

 

　　半個世紀以來照明、顯示及其他可視化產品技術飛速發展，與之伴生的視覺健康問題愈加嚴重。世界衛生組織2012年報告顯示--屈光不正（近視、散光、遠視）這一視覺功能不健康的最重要表征疾病已成為全球第二大致殘疾病，而在中國，近視患者占全球的33%，高出世界平均水平10%。截至2013年，中國戴眼鏡的人數接近4億，患有屈光不正的人口超過5億。41%的5~15歲未成年人存在屈光不正問題，而未實施矯正的比例高達85%，高于世界上的許多其他國家（廣州日報，2013年11月13日）。北京市2014年發布的《中小學生體質健康狀況調研報告》顯示，超六成學生視力不良。2009-2010學年到2012-2013學年，北京市中小學生視力不良檢出率從59.96%增加到62.96%，小學階段的視力不良檢出率已經達到49.77%，中學階段達到了81.19%。小學一年級學生視力不良檢出率為33.75%，初中一年級學生視力不良檢出率為72.23%，高中三年級學生視力不良檢出率為88.79%。照明條件不佳及因此而繼發的視覺疲勞問題已成為道路交通安全事故的誘因

 

　　研究顯示，道路交通事故特別是夜間道路交通安全事故中，不同程度上都存在照明條件不佳、駕駛者視覺疲勞（觀視模糊、應激反應下降）、駕駛者生理疲勞（注意力分散）的問題，這些問題多與視覺問題相關。照明條件不佳是視覺疲勞迅速累積的誘因，視覺疲勞累積將造成應激反應能力下降從而誘發交通事故發生。

 

　　3.照明條件及因此而繼發的視覺疲勞問題影響工作效率

 

　　北美工業學會研究結果顯示，視覺質量下降嚴重影響工作效率。這在工廠產線中表現的尤為明顯，根據本工作室在遼寧一大型國企自2012年-2014年近2年跟蹤實驗結果顯示，以小時單位計算，采用優質照明質量的生產線上的工人的視覺疲勞度比采用一般照明質量的生產線上的工人視覺疲勞度低近15%，而反映到生產效率上，兩者的最大平均效率差（精細化加工生產線工人）接近20%。

 

　　因此綜上所述，照明健康舒適度研究的首要是視覺健康舒適度，通過研究視覺健康舒適度--照明產品對于人的視覺疲勞影響，即短期健康影響，繼而深入研究照明產品各光參數，特別是光譜對于人眼的生理機能影響，即中長期健康影響，最終基于短期和中長期影響的數據和理論基礎探索出照明產品對于腦力負荷的影響，即人因行為學和長期性健康影響。

 

　　三、照明產品視覺健康舒適度評價方法、指標及與傳統評價方法的區別

 

　　1.視覺健康舒適度評價方法

 

　　從國內外照明和顯示相關健康舒適度研究的現狀可見，當下照明視覺健康舒適度的主要研究方法還是從主觀認知變化及反饋的角度來進行。縱觀ISO、IEC、CIE發布的現有國際照明產品相關標準，全部是以歐美人群為測試對象，以歐美人群的視覺功能基礎構建的，而醫學研究表明歐美人種與亞裔人種的眼部功能特點從虹膜、屈光、散光等諸多方面都有明顯區別，因此以亞洲人眼部功能特點為研究對象的照明視覺健康舒適度研究尚處于空白狀態。

 

　　本研究是基于人眼視覺功能狀態變化的實驗研究，本工作室研發人員奔赴全國5個區域（圖1所示），其人群全面覆蓋未成年（5%）人和成年人（95%），其中視覺異常疾病患者5%，男性49%，女性51%，測試場地包括戶外、辦公室、廠區、教室等多個區域，總計采集7491人次的中國人眼睛在不同光源照明環境下的視覺功能數據。

　　圖1 人因樣本分布圖

 

　　通過分析不同照明光源環境下人眼的功能狀態：基礎屈光、AC/A，眼壓、高階像差、MTF、HF等變化值，同時結合CIE現行的主觀問卷式調查，將該評價體系劃分為5級分檔。然后，項目組利用神經網絡算法，通過實驗獲得的客觀視覺指標參數，選取了6項客觀指標作為網絡的輸入層P（Input），測試過程中用戶的主觀打分作為輸出層T（Output）。用試湊法確定隱含層節點個數，根據不同個數的神經網絡經過多次訓練后的誤差值，確定隱含層為10節點的模型逼近效果最好，成功確立了客觀視覺指標與健康舒適度之間的關系，構建了主觀感受與客觀指標相統一的照明健康舒適度評價模型，并首次提出VICO(Visual Comfortable index)評價指數（基于人眼眼軸和角膜屈光變化的視覺健康舒適度指標，表征照明產品的健康舒適度）。方法如圖2所示。

　　圖2 視覺健康舒適度評價方法

 

　　作為視覺健康舒適度的一種定量評價方法，該評價模型客觀快速，而且充分考慮了多項因素對視覺健康舒適性的影響；同時此方法可以隨著樣本數據量以及參數因子量的增加，來進一步完善神經網絡的容錯性和預測性，并能更為快捷準確的給出預測結果，是具有客觀量化分級方式的照明產品健康舒適度指標評價體系，達到了準確評價各類型照明產品視覺健康舒適度的目的，同時研究成果也彌補了照明領域中在東亞裔人種方面的缺環。

 

　　2.視覺健康舒適度評價指標--VICO指數

 

　　通過視覺健康舒適度評價模型本工作室首創了第一個客觀評價照明產品對于人眼視覺影響的指標--基于人眼眼軸及角膜屈光變化的視覺健康舒適度評價指標，簡稱為VICO指數，VICO指數是獨立于照明產品物理指標（色溫、顯指、照度、亮度、頻閃等）的、完全從人眼視功能角度、能夠客觀量化評價照明產品對于人眼視覺影響的指標，其主要評價照明產品對于人眼視光學角度下的視覺疲勞影響--眼軸和角膜屈光影響，VICO指數共分為5級。級數越高說明健康舒適度程度越低，具體如表1所示。

　　VICO指數作為一個能夠客觀評價照明產品對于人眼視功能影響的指標，其核心意義在于指標的內在測量參數與人眼近視成因有著密切的關系，醫學領域對屈光不正（主要表征為近視和散光）的成因可基本歸結為4個方面：第一方面是遺傳及先天因素，第二方面是生活及用眼習慣，第三方面是環境光導致的視覺疲勞累積，第四方面是人眼睫狀肌調節過度，上述4方面中，第一和第二方面是先天、固有、很難改變的，而環境光導致的視覺疲勞累積影響以及調節過度卻是可以通過技術手段進行改善的，VICO指數其本質就是有效量化表征出光對人眼的視覺疲勞累積程度（RS、MTF、HOAS、HF）以及人眼睫狀肌的調節程度（AC/A），因此通過VICO指數不但可以有效評測出照明產品對于誘發人眼近視可能產生的影響，而且可以利用基于VICO指數所形成的光源配比模型去有效指導企業生產出更為“視覺健康”的照明產品。

 

　　3.視覺健康舒適度評價方法與傳統人因評價方法的區別

 

　　由于人眼是一個具有復雜生理結構和光學特性的綜合功能體，因此長久以來關于視覺健康的評價方法一直是學科難點。傳統的視覺健康舒適度評價方法主要是以主觀問卷分方式為主，輔助以一些視力監測等輔助量化手段進行，但是由于這些方法的主觀人為因素較多，因此評價結果往往誤差極大，難以反映人的實時視覺健康舒適度。本研究是基于主觀評價為輔、客觀測試為主的研究方法，其與傳統方法最大的區別如表2所示：

　　由表2可以看出，本研究所采用的方法，是在原有主觀評價的基礎上，采取主客觀相結合的方法，既有效兼容了主觀感知評價的在人因研究中的重要作用，又以各類可量化的客觀指標作為研究主體，彌補了主觀評價方法的不足，保證了實驗方法的科學性，實驗結果的有效性、準確性，有效解決了傳統主觀評價方法“誤差大，量化難，溯源難，重復性差，穩定性差、精確度等級低、無法切實有效的指導產品研發生產”的諸多問題，從而實現了為產品的“健康舒適”設計提供有效解決方案這一傳統人因主觀評價方法始終無法完成的目標。

 

　　近三年來，本工作室研發的視覺健康舒適度評價方法及VICO指數已經產業化應用于照明、顯示、眼鏡及眼視光學產業，在近日由中國輕工業聯合會組織的科技成果鑒定中，本研究的鑒定結果為：照明產品視覺健康舒適度評價方法已達到國際領先水平。

 

　　四、照明產品健康舒適度指標體系

 

　　健康舒適度研究作為一個系統性的研究工程其研究的深度與廣度是與人體科學技術的發展息息相關的，目前眼視光學的研究已經趨于成熟，眼底及視細胞層研究正在快速發展，而針對大腦的研究盡管勢頭很旺但是有鑒于人腦的極度復雜性，所以目前的研究尚處于方興未艾的階段，而這些研究對應到健康舒適度評價的研究上，其分別對應了如圖3所示的人因健康影響。

　　圖3 理論研究導圖

 

　　如圖3理論研究思路所示，本工作室從產品類型、評價方法、研究領域、發展方向、未來前景等方面進行研究、總結，最終建立了以人因評價數據庫為核心，多領域延伸、多指標評價、多產業服務的照明及顯示產品健康舒適度指標評價體系，如圖4所示。

　　圖4 照明及顯示產品健康舒適度指標體系

 

　　本體系是基于標準化、統計學等科學體系研究方法，構建的由應用層，研究層，指標層，數據庫層四層結構組成的照明及顯示產品健康舒適度指標體系。

 

　　應用層按照產品應用類型分為兩類，即通用產品和專用產品。其中通用產品是指常規的室內照明和戶外照明設施，而專用產品是指在特定或者特殊場合環境下使用的照明產品，例如防爆燈、影院舞臺燈等特種照明設備。

 

　　研究層是以人因學理論為基礎，在眼視光學、眼底及視細胞研究、腦力負荷研究基礎上嵌入傳統的主觀認知研究以及光生物安全研究：

 

　　眼視光學研究及視覺健康舒適度研究，前文已詳細描述，在此不再贅述。

 

　　主觀認知研究是所有人因研究必不可少的重要環節，人因研究的核心是人的狀態的變化，而作為反映人主觀感受最直接的方法，主觀認知出現的諸多癥狀可以在一定程度上反映人對于產品的感官反饋，是重要的數據來源

 

　　眼科學--眼底及視細胞研究：與眼視光學不同，該領域更為關注于照明產品光參數特別是光譜參數對于人眼的器質性危害以及人眼機能的生長發育影響。

 

　　腦力負荷研究：包括視覺認知和心理及行為的腦力負荷研究，它是與視覺息息相關的，因此，腦力負荷研究將是在視覺及眼科學研究進入相對完善期后進行的更深層次的人類行為學及神經反饋學的研究。

 

　　光生物安全研究：對于特殊光環境可能產生的除了視覺特性及腦力負荷以外的影響，即皮膚影響和電磁輻射等光生物安全方面的因素。

 

　　指標層將分為4大類指標：

 

　　基于眼視光學和主觀認知所形成的評價照明產品對于人眼視覺功能變化及視覺疲勞影響的指標：目前已形成指標1項--VICO指數。

 

　　基于眼科學所形成的評價照明產品對于人眼器質性危害以及人眼機能的生長發育影響的指標，目前我們通過將視網膜細胞體外培植的方式，已搭建了可以精確量化評估不同光源（光譜）對于視網膜細胞光損傷的測試平臺，建立了穩定的視網膜細胞光損傷評估模型，能夠有效評測不同光源（光譜）對于視網膜感光細胞和色素上皮細胞的光損傷影響（細胞活力、細胞凋亡等）。具體見表3

　　基于腦力負荷所形成的評價照明產品對于人類行為、認知、司辰節律、應激反應等方面影響的指標，目前在研中，已形成戶外照明人眼應激反應時初階評價模型、人眼色覺反饋初階評價模型。

 

　　光生物安全指標將參照相關研究機構的研究成果。

 

　　綜上，利用體系研究成果，本研究最終將應用所有體系指標成果構建多參數融合數據庫，同時也是基于東亞人種特點的人因數據庫，利用該數據庫，不僅可以對照明產品健康舒適度進行評測，更能有效改變目前國際照明產業特別是照明設計中都以歐美人種為范例，占全球四分之一以上人口比例的東亞人群無數據可依的現狀。通過照明產品健康舒適度指標體系的不斷完善，東亞人群照明產品健康舒適度數據庫的不斷充實，改變中國照明產品的產業格局，從應用領域提升競爭力，將中國人制定的準則嵌入到國際標準體系中，從而使中國照明產業在世界上更具有技術優勢和話語權。

 

　　五、健康舒適度評價方法的產業化應用

 

　　基于視覺健康舒適度評價方法、評價指標與照明產品的各類光參數存在的映射關系，依托大樣本量的人因數據，本工作室構建了人體客觀生理指標與產品物理參數互為映射的光源配比模型，利用模型的運算數據能夠為企業的產品研發提供指標參數依據，然后通過人因實驗進行繼續改進，最終實現有效指導企業生產出更為“健康、安全、舒適、高效”的照明產品的目標。產業化應用方式如圖5所示。

　　圖5 視覺健康舒適度產業化應用方式

 

　　近三年來，本工作室研發的視覺健康舒適度評價方法及VICO指數已經產業化應用于照明、顯示、眼鏡及眼視光學產業，基于本研究成果及其核心技術所研發的產品累積實現產值2.9億元，申請發明專利7項，授權實用新型專利10項，發表論文6篇，制定行業標準1項、獲得省部級科技進步獎3項（1等2項，2等1項）。

 

　　六、結語

 

　　縱觀人類科學的發展史，我們可以部分認作是一部通過不斷研究事物內在規律最終服務于人類自身發展的歷史，大部分研究都是為“滿足并提升人類自身需求”這一核心目標而服務的--檢測科學就是對這一目標最好的注腳，只是在其創建之初，艱深的人體科學研究較之“蓬勃噴涌”的物理學研究實在太過落后，因此多年以來，檢測科學始終秉承著以“產品檢測”為主干的道路快速發展著，但是“時移勢易”，伴隨近30年來人因工程學技術的飛速發展，單純的產品物理指標檢測已經不能滿足我們人類日益提高的產品需求，我們應依據人體本身的生理指標與產品的匹配原則，對“人-機-環”三者交互作用進行評測，并且注重人本身的產品使用感受，真正做到“以人為本”的檢測服務準則。因此如果說過去是一條產品物理指標檢測的“單車道”的話，未來將是一條產品物理指標與產品人因指標并行的“雙車道”。