王莉茹:交叉融合,走出一条适合电子显示与立体视觉健康标准化的创新发展之路

2019-05-20 21:12

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    4月26日,由3D产业联盟、中国电子视像行业协会立体视像分会、中关村视界裸眼立体信息产业联盟、昆山国家高新技术开发区、昆山市科学技术协会等联合主办,昆山惠仁康宁智能科技有限公司承办的《2019 3D显示与立体视觉健康产品质量分等分级标准化工作研讨会议》在昆山开幕。

   



   中国标准化研究院原首席研究员;国际、国内眼科光学领域的知名科研和标准化专家;全国眼面部防护标准化分技术委员会副主任委员兼秘书长,ISO光学和光子学技术委员会眼科光学和仪器分委员会(ISO/TC172/SC7)镜片光度测量仪器工作组(WG10)召集人王莉茹受邀,做《电子显示与立体视觉健康产品质量分级标准化》的主题报告。

   以下是王老师报告精彩内容节选:


    我从1988年进入眼镜行业至今,亲身经历并见证了国内需要视力矫正的人群从3.4亿上升为6亿人的演变过程。加上日益扩大的老视群体(2.1亿);以及需要进行有害光防护的职业劳动者群体;中国约有9亿人的市场需求,包含需要进行视力矫正的人群包括青少年及成年人在内的近视、远视和散光等屈光不正患者,以及患有斜视和弱视的青少年;需要进行有害光防护的则有普通消费者和职业劳动者两大群体;普通消费者需要佩戴太阳镜遮挡太阳强光和防护紫外线,参加体育运动时则需要佩戴各种运动防护镜;从事不同职业的劳动者需要佩戴专业护目镜以避免各类有害光的伤害,中国在世界上素有眼镜王国之称
    当前,各类电子显示产品的普及和应用,使防蓝光成为当今几乎所有人都在关注的一个重要话题。防蓝光眼镜包括视力矫正和眼面部防护两类人群。而3D/VR/AR产品的推广和应用,又把立体视觉推到了一个全新的高度,并逐步进入眼镜行业和电子显示行业的视野。电子显示行业也从单一的工业产品思维开始向行业交叉和学科交叉的新视野进行拓展和转化。


视觉科学与视觉健康

    近年来,由于3D/VR/AR等各类电子产品的广泛应用,以及人们对信息设备的过度依赖,使视觉健康、特别是立体视觉健康成为全社会广泛关注的民生问题。视觉疲劳、头晕目眩、长时间不良观视引起青少年近视、成年人眼睛疾病等电子显示质量对人眼视觉健康方面的影响也越来越得到重视。视觉健康是一个非常广义的概念,ISO国际标准化组织与视力健康直接相关的有两个标委会。一是TC172/SC7 (眼科光学和仪器)该委员会重点关注与视力矫正相关的五大类产品的名词术语、技术规范、产品质量及测量方法等标准的制定。包括眼镜镜片,眼科仪器,隐形眼镜,人工晶体,眼镜架五大类产品。二是,ISO/TC94/SC6 (眼面部防护 )该委员会重点关注与有害光防护相关的三大类产品的名词术语、技术规范,产品质量及测量方法的标准。包含太阳镜、职业防护镜(激光有害光、电焊),运动防护镜(游泳镜、滑雪镜、赛车镜)等。ISO/TC172/SC7与ISO/TC94/SC6在标准制定中始终保持相互沟通和专家资源共享。本人作为中国专家同时参与了这两个委员会下面多个工作组的若干标准的制定。
     视觉科学(Vision Science)和视觉健康需要视觉科学研究的支持。视觉科学是一个非常重要的学科和特殊领域,与人类生活质量的改善和提高直接相关,具有生物器官和光学器件的双重性。眼视光(Optometry):眼科的分支学科,偏重于医学。重点关注视力矫正、低视力、弱视产品临床试验、验光和眼镜适配性。眼科光学和仪器(Ophthalmic Optics &Instrument )光学和光子学的分支学科,偏重于理工科。为视力矫正、眼科临床诊断与治疗、验光及眼面部防护提供产品和设备支持。其中包括:眼科临床检查、诊断,验光以及产品质量测量等各类设备的研发;眼镜片、角膜接触镜、人工晶体、太阳镜、职业防护镜、运动防护镜等产品的研发;产品材料、设计和加工; 产品性能和质量评价,测量设备、测量方法研究;也需要人类工效学、光谱学和生理光学的深度研究与支持。
     眼科光学是看不见的技术(Technology Invisible),国际著名眼镜片制造商依视路公司的专家如是说。我国著名光学专家、两院院士王大珩先生在世时曾用非常精辟的语言概括了眼视光与眼科光学之间的关系,他说:“其实,眼镜产品的技术含量还是很高的,从材料、设计、加工、再到镀膜,要把光学所有的关键技术都体现在一个薄薄的眼镜片上,而且还要让老百姓戴着舒服”。眼科光学作为一个特殊的领域,所有与人眼及视觉健康有关的产品研发及标准制定,都必须首先考虑人眼的生理特征,大多数新产品在推向市场前还需要进行临床试验和验证。眼科光学领域的计量研究及标准制定,也与工业计量完全不同,研发人员需要学习、尊重并了解人眼的结构、生理特点和用眼习惯,甚至还要考虑亚裔人和欧美人的人种差异,要有人类工效学、生理光学、生物学和心理学的相关知识。



立体视觉与电子显示产品的相关性   

    立体视觉是双眼视觉(双眼单视)的重要标志,人类进化之所以选择了长两只眼,根本目的就是为了获得敏锐的立体视觉功能,它是劳动和生存的基础。

    三维立体视觉是人的一种高级视功能,是眼科检查中不可缺少的项目。这种检查对斜视、弱视、屈光不正、视力疲劳等各种眼病的诊断和治疗的评价作用很大。海军总医院的颜少明教授多年来坚持致力于立体视觉检查的研究,并因此获得国际发明奖、发明专利、全军科技进步二等奖、全军眼科《终身成就奖》等诸多奖项,为推动国内外立体视觉检查的规范化和普及化奠定了基础。
   
关于立体视觉。著名眼视光专家、原温州医学院院长瞿佳教授指出:立体视觉是人类的一种高级视觉功能,是双眼观察景物能分辨物体远近形态的感觉,是感知物体立体形状及不同物体相互远近关系的能力,也是人类一种重要的视觉功能。具不完全统计,我国立体盲的发生率超过了2%;立体视觉异常高达30%;临床上双眼视觉和立体视觉异常的患者比白内障、青光眼的患者总数还要多。著名光学专家、浙江大学光仪系生理光学董太和教授指出:立体视觉是一门古老而又新颖的边缘学科,人之所以能有立体视觉,本质上是来自大脑的融像功能,但这一问题的机理目前尚未完全明了。

     根据眼科界的保守估算,约有30%的人存在立体视觉异常。也就是说,我国约有4.2亿人存在双眼视觉和立体视觉异常。也有行业专家说:存在立体视觉异常的人群高达60%。无论是30%,还是60%,这个数据都已经无法被忽略。尤其应该引起电子显示行业的高度重视。因为对2D/3D产品的推广和应用需要建立在人眼具有正常立体视觉的基础之上。或许,立体视觉异常人群的庞大数量已在不经意间成为阻碍3D和VR/AR技术应用和推广的一个难以逾越的障碍
     
目前,国内市场目前的现状是,立体视觉检查的学术研究成果并未得到有效的推广和转化,只在部分医院的眼科用于青少年和特殊职业群体的立体视觉筛查,实践和应用均局限在较小的范围。面对日益显现的对立体视觉检查及立体验光(包括戴眼镜的屈光不正患者和不戴眼镜的正视眼)、以及对存在立体视觉异常的患者进行矫正的市场需求,急需得到认可或经实践证明的行之有效的设备和手段。与立体视觉有关的标准和技术规范,甚至连名词术语也都处于空白阶段。设想一下在3D电影的放映场所,或者在3D或VR/AR产品的应用场所,如果有三分之一甚至50%的观视者存在立体视觉异常,怎能获得企业研发产品所预期的观视效果,又怎能不影响电子显示产品的有效推广和应用?我本人的立体视觉在正常范围内,但戴上3D眼镜观看3D电影时却出现了头晕和恶心的症状,从而产生再也不想看3D电影的念头,最后不得不把3D眼镜放在一旁,只听声音和观看重影的屏幕影像。如何改善和提升多达几亿的存在立体视觉异常人群对3D或VR/AR产品的观视效果?成为电子显示行业不得不面对的一个新挑战。
     关于蓝光(有害光)防护。国家卫健委向社会公布了全国人民的视力状况后,视觉健康已被上升到了国家战略的高度,如果解决不好,将会影响到几代人。当大家开始反思青少年视力下降的原因时,不约而同的都想到了来自电子显示产品的危害,例如:手机、PAD、2D/3D显示产品、照明设备、各种有害光辐射等。蓝光成为首当其冲的危害,各种防蓝光眼镜应运而生。电子显示行业及其产品质量再次被推到了风口浪尖上。


电子显示产品与视觉建康

    多年来,电子显示产品一直作为工业产品,从国际上的IEC,到国内工信部下属的各个TC标准化技术委员会,已经制定和发布了一系列与各类电子显示产品有关的国家标准和行业标准。在张素兵主任的帮助下,我粗略了解了一下这些标准,应该说整个体系是相对完善的。但是,当有一天全社会都对电子显示产品可能会对人眼的视觉健康造成伤害并提出质疑时,国内各相关专业委员会以及检测机构却拿不出有力的数据或研究报告来证明这种伤害是否存在。在工信部,眼镜一直被列为日用消费品进行管理,广大消费者是眼镜的直接用户。然而事实表明,眼镜具有医疗器械和消费品的双重属性。电子显示产品一直被作为工业产品进行管理。实际情况却是,无论高清晰电视,手机,PAD,还是2D/3D显示,VR/AR产品,其直接用户和受众人群也都是消费者。所以说,电子显示产品的质量及光辐射与人的视觉健康密切相关。无论2D还是3D显示,无论观视还是可穿戴设备,都需要考虑以下几个问题:

1、电子显示产品本身是否存在有害光辐射?

2、观视者自身的视力状况与显示产品是否存在相关性?既:正视眼/屈光不正;裸眼观视/戴镜观视;不同视力状况的观视者之间的差异如何?与电子显示产品之间的相关性如何?

3、3D眼镜本身的质量特性与观视效果之间的关系?既:《3D眼镜+人眼+电子显示产品》 三者组合后的理想观视效果与《3D眼镜的质量和特性差异+人眼的个性化差异+电子显示产品的质量和特性差异》三者组合后的实际观视效果是否一致?两者之间的差异所造成的影响有多大?这些影响主要来自哪几个方面?

4、消费者自身的立体视觉情况对观视效果的影响


    国际非电离辐射防护委员会(ICNIRP)早在2013年就发布了针对180nm—1000μm波长间的激光辐射曝光进行限制的ICNIRP指南。该指南明确指出:激光被广泛应用于包括光纤通信、光盘播放器、对准、焊接、切割、钻孔、热处理、距离测量、娱乐、广告、光学计算和手术在内的工业、消费、科学和医疗等各个行业。在实验室研究、医疗、娱乐显示器等一些应用场所,仍存在着激光辐射被曝光的潜在风险,而在(400—1400nm)波长范围内的可见光和近红外辐射对眼球造成的主要影响是视网膜损伤。对消费者来说,至关重要的是保护眼睛和皮肤的安全。这类应用通常指的是在532 nm—910nm(可见光和近红外辐射)波长范围内发射的低强度二极管或固态激光器。例如激光指示器、投影仪、距离测量装置(测距仪)、超市扫描器、光通信、传真和打印设备、计算机游戏控制器以及用于视力障碍者的引导装置。

    最近CIE国际照明委员会也发表了关于蓝关危害的声明:很多媒体声称使用发光二极管(LED)等光源会对人体健康造成伤害,这类危害一般被称为“蓝光危害(BLH)”。所谓“蓝光危害”指的是对眼球视网膜组织造成的光化学风险(称为“光斑病变”)。光化学损伤的风险主要取决于波长,是在435nm—440nm波长范围内蓝光达到峰值时产生的。国际非电离辐射防护委员会ICNIRP规定了“蓝光危害函数”的波长相关加权函数和指导性曝光极限。CIE已将其作为IEC/CIE 62471:2006“光源(灯)和光源系统的光生物安全”标准中的一部分而予以发布。由CIE开展的实用评价结果表明,在可预见的合理状态下使用常规照明的白炽灯和LED灯不会超出蓝光危害的曝光极限。其蓝光曝光程度通常低于观看蓝天时的曝光程度。


    关于透射比。工业产品(包括平板电视、手机、PAD、LED照明灯)测量的是某一波长处透过镜片的光谱辐通量与入射光谱辐通量之比,即:光谱透射比。 眼镜产品测量的是在特定光谱波长范围内透过镜片的光通量与入射光通量之比,即:光透射比,它是逐点积分和加权的结果。各类产品的蓝光和有害光防护主要通过透射比指标来进行评价和检验,电子显示、照明及光通信行业的产品与眼镜产品在透射比的定义、波长及波长范围、公式和计算方法上均存在差异,是否应该通过相互协调来达到统一?统一后是否会影响对不同电子产品特性的客观评价?是否会影响甚至抵消不同质量级别的电子产品的特色优势?这是摆在我们面前的一个需要认真思考并经验证后加以解决的重要问题。


   要考虑的问题,不同电子产品的波长范围及峰值点不同,能否一刀切制定统一的规范?眼镜行业关于透射比的定义及波长范围与电子产品不同,是否需要达成一致?市场上各类防蓝光眼镜片存在着设计和特性上的差异,如何对其有效性进行客观的评价?好蓝光与坏蓝光(蓝光降低后可能影响清晰度)之间的相互平衡。德国专家发表的研究结果表明:蓝光无处不在(Blue light is everywhere)。太阳是最强的光源,人眼可屏蔽多数紫外光,但却无法屏蔽蓝光。蓝光无处不在,包括自然和人造光源。数字产品及环境光使人造光到处存在。现代人比以往任何时候都更多的接触了蓝光。蓝光具有两面性(Duality of blue light)。蓝光对人眼既有益又有害。蓝光对视觉能力和表现力的发展至关重要。过多的蓝光辐射会提高眼睛损伤的风险。蓝光造成数字眼疲劳,视觉不适,眩光等。因此,我们需要了解并平衡蓝光的利与弊。


   从穴居到数字化,人类已经适应了在阳光下生活,不仅视觉需要光,光也是健康和生命的必要元素。视觉健康和视功能遭到以下因素的破坏:太阳强光的照射;人为的现代化照明;显示技术;数字化时代的生活方式。

    蓝光危害——The blue light hazard BLH。蓝光危害是由电离辐射曝光引起的潜在视网膜光化学诱导损伤。蓝光危害函数的覆盖范围大致在390nm∽510nm波段。450nm峰值对视网膜的潜在损伤最大。蓝光或许也是与年龄相关的老年黄斑变性(AMD)的一个重要因素。不同的光源使蓝光危害的光谱得到改变,而且看起来也不一样。近年来的研究发现,职业工作中LED器件照明的蓝光可能导致视网膜损伤,且不需要极端的试验条件。
    数字眼应力——Digital Eye Strain。数字眼应力描述的是当今电子产品受到广泛欢迎所带来的后果的一个新名词。由于过度使用数字化产品,不仅使成年人受到影响,连儿童也不能幸免,因此成为影响学习和工作的一种严重的医学症状。具体表现为视觉模糊、难以聚焦,眼干发炎、肩背疼痛。研究成果支持这种假设:阻挡短波段光线的眼镜可以减少使用计算机造成的眼疲劳。
    光是地球上许多化学、生物和心理变化的诱因。人类的眼球已经适应了光线,不仅视觉离不开光,光也是生理和心理健康的要素。但是,人眼会受到剧烈的、大剂量的太阳辐射的损害,它取决于辐射的时间、强度和波长。必须重视广大群众对蓝光辐射的忧虑。消费者和市场都需要一个恰当的解决方案。学术界和工业界应该持续努力,以提高对蓝光机理的了解。
     户外蓝光辐射:对成人和儿童的眼睛来说,防止过量的户外紫外线和蓝光照射非常重要。防护户外蓝光的最好办法是佩戴太阳镜或染色镜。
     室内蓝光辐射:根据标准的要求,很多光源和数字产品都在可接受的范围内。但众所周知,这些标准仅仅考虑了短时间的曝光,而且使用的是30年前的计算数据,而近期视网膜被蓝光损伤的案例频发。德国专家认为:正常的室内照明不会引起视网膜损伤的风险,但这种曝光是否会随着时间的积累而增加风险,还是一个未知数。现有的标准未能提供有效的数据。


关于产品质量的分级标准化

    随着3D和 VR/AR技术的发展,ISO和IEC已经开始着手组建联合工作组,共同研究和制定与VR/AR及3D有关的标准。国际标准化组织的这一举措,说明这类产品在世界范围内已得到广泛推广和应用,规范市场制定标准的时机已经成熟。由ISO/TC172光学光子学技术委员会牵头与IEC/TC124可穿戴电子设备技术委员会组建联合工作组。由ISO/TC172光学光子学技术委员会牵头与IEC/TC110电子显示设备技术委员会WG12工作组(IEC63145)组建联合工作组。ISO/TC172/SC7眼科光学和仪器分技术委员会建议组建3D测量设备及术语工作组。
     多年从事国际标准化工作的经验表明,国际标准只是最低要求,是大企业间利益平衡的底线。国际跨国公司内部掌控的企业标准通常都高于国际/欧盟标准。而国内企业目前大都还停留在满足国家标准或行业标准的最低要求上。工业和信息化部办公厅在关于做好2019年工业质量品牌建设工作的通知中指出:优化推荐性标准供给,鼓励社会团体制定满足高层次市场需求和创新需求的团体标准,推进先进团体标准应用示范,以先进标准促进质量升级发展,制定满足高层次市场需求和创新需求的团体标准的前提是我们的企业已经具备向市场提供满足高层次市场需求和创新需求的产品,并可以将这些创新特性提炼出来服务于社会。一个好的技术标准或具有领先优势的产品标准是对企业产品研发经验的浓缩,而非简单的文字汇编。这些研发经验需要经过市场和时间的考验。涉及人体和视觉健康的产品和技术指标还需要经过临床试验和验证。
   建议,国内2D/3D电子显示及3D产业联盟借鉴国际ICNIRP和CIE的经验,通过充分调研,并在对不同类别的电子显示产品进行特性检测的基础上,向全社会发布与蓝光和有害光辐射有关的声明,并针对市场应用面较广的重要电子显示产品制定统一的导则和指南,对可能造成伤害的显示产品的光辐射曝光规定时长和使用极限。在眼镜行业,各大跨国公司借助不断的基础研发及品牌优势,其产品以质高价优的态势长期占据着国内外市场的制高点。国内的眼镜片和太阳镜生产企业,却以低质低价、或优质低价的路线一直在低端市场徘徊。一副眼镜片,中国制造产品可能只卖几十元或者几百元,而国际著名跨国公司的眼镜片则可以卖到几千元甚至上万元,两者之间到底是否存在差别?


   现代科技快速发展,推动社会进入跨学科和跨行业交叉融合的新时代。希望在座的各位企业家和各位专家们拓宽视野,跳出行业分工的禁锢和自身专业的局限;尤其要正视和面对来自观视者的立体视觉、电子显示屏产生的光辐射、及3D/VR/AR产品的质量等与视觉健康密切相关的间接挑战;让我们共同努力,在不同学科和不同行业的相互交叉和融合中走出一条适合中国国情发展的特色创新之路。



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