CN109238458B - 一种视频播放过程中的非视觉生物效应评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种视频播放过程中的非视觉生物效应评估方法。首先选择被测视频节目及其播放显示器；然后在暗室中播放视频，分别采集视频的照度随时间变化，及透过QB13型青蓝色玻璃片视频的照度随时间变化；利用本发明提出的公式定量计算视频播放过程中的非视觉生物效应因子R；最后以夏天中午明亮教室自然光的非视觉生物效应因子为阈值，评估被测视频非视觉生物效应的安全与否。本发明拓展了光生物安全量化计算评估领域，操作简单、物理意义明确。
Description
技术领域
本发明涉及光生物安全领域，尤其涉及视频播放过程中的非视觉生物效应强弱的定量计算与安全评估方法。
背景技术
光生物安全主要包括蓝光危害与非视觉生物效应。蓝光危害是指人眼在400-500nm波段蓝光的照射下，因光化学作用对视网膜的损伤；非视觉生物效应是指可见光中的蓝光成分通过抑制松果体分泌褪黑素、刺激肾上腺分泌皮质醇，进而改变人体生理节律，调节警觉度和生物钟。
2001年Brainard等人最先测出非视觉生物光谱响应曲线，即节律作用函数，用以表征不同波长光照对人体节律影响的强弱。2002年，Berson等发现视网膜上与视觉无关的特化感光神经节细胞(ipRGC)，该细胞与视交叉上核(SCN)和松果体的神经连接，能够调节人体生物钟。CIE TN 003:2015、ISO/TC274N201、2016年美国医学会等均呼吁关注人造光源的非视觉生物效应(ISO/TC274：国际标准化组织/光与照明技术委员会)。2017年生物钟的相关研究荣获诺贝尔生理学或医学奖，进一步增加了非视觉生物效应的研究热度。目前常利用节律因子Kc量化评估非视觉生物效应强弱，表达式为：
式中Km、Km’分别为明视觉与节律效应最大光谱光效能，大小分别为683lm/W、3616lm/W。V(λ)、C(λ)、P(λ)分别为明视觉光谱光效率函数、节律作用函数和光谱分布函数。由上式可知，每个光谱分布函数P(λ)对应一个节律因子Kc，由于人工照明设备光谱分布函数P(λ)不随时间变化，故式(1)可方便量化人工照明设备非视觉生物效应强弱。而视频为动态画面，每秒的显示帧数大于25，光谱分布函数P(λ)随时间快速变化，难于利用式(1)量化评估一段视频的非视觉生物效应强弱。因此，需要发明一种全新的、可定量计算视频播放过程中非视觉生物效应强弱，并对其安全性进行评估的方法。
节律作用函数C(λ)给出了光源不同波长光子对非视觉生物效应贡献的权重。如果能寻找一个光谱透射率与节律作用函数C(λ)相同的滤光片，透过该滤光片测量光源光谱分布函数P(λ)，就等同于式(1)分子中的P(λ)C(λ)项，可简化节律因子Kc的测量。
发明内容
本发明的目的是为了解决节律因子Kc无法定量计算视频播放过程中的非视觉生物效应强弱，发现了QB13型青蓝色玻璃片归一化透射率曲线可较好与节律作用函数C(λ)重合，提出通过采集视频播放过程中照度E(t)随时间变化，透过QB13型青蓝色玻璃片的照度E’(t)随时间变化，由
计算视频播放过程中的非视觉生物效应因子R，以中午明亮教室自然光的非视觉生物效应因子为阈值，评估视频的非视觉生物效应安全。
本发明是通过下述技术方案来实现的。
一种视频播放过程中的非视觉生物效应评估方法，包括以下步骤：
步骤1，选择被测视频节目及其播放显示器；
步骤2，在暗室中播放视频并采集照度E(t)；
步骤3，透过QB13型青蓝色玻璃片采集视频照度E’(t)；
步骤4，根据步骤2、3所测数据，在OriginPro软件中分别绘制视频照度E(t)随时间变化曲线，以及透过QB13型青蓝色玻璃片的照度E’(t)随时间变化曲线；利用公式计算视频播放过程中的非视觉生物效应因子R；
步骤5，以中午明亮教室自然光的非视觉生物效应因子A为阈值，判断是否安全并给出评估结果：
当A≥R时，则被测视频播放过程中非视觉生物效应安全；当A<R时，被测视频播放过程中非视觉生物效应不安全，并计算R/A，给出非视觉生物效应因子超过安全值的倍数。
进一步，步骤1中，选择被测视频节目，包括影视片源、电视节目、电子游戏等所有以光电信号呈现的动态画面；
选择播放被测视频节目的显示器，包括CRT阴极射线管、各种背光源(LED发光二极管、CCFL冷阴极荧光灯管)LCD液晶显示器、OLED有机发光二极管显示器，以及各种投影显示设备。
进一步，步骤2按照以下步骤进行：
2a)在暗室中利用步骤1所选显示器，亮度调节至显示器亮度调节范围的中间值，播放步骤1所选视频节目；
2b)在显示器正前方距离为d处，利用数字照度计，以照度计最高采样频率f采集照度E(t)。
进一步，步骤3中，紧贴显示器放置尺寸不小于屏幕的QB13型青蓝色玻璃片，采用同于步骤2的方法采集透过QB13型青蓝色玻璃片视频的照度E’(t)。
进一步，步骤4中：
4a)分别利用OriginPro软件中的Integrate功能计算
式中，t为照度对应时间，开始测量第一个照度对应时间记为0，最后一个照度对应时间记为t；
4b)利用公式计算视频的非视觉生物效应因子R：
式中，K为QB13型青蓝色玻璃片透射率归一化引入常数，与玻璃片厚度特性参数有关。
进一步，步骤5中：利用数字照度计测量夏天中午12时明亮教室内自然光照度A1，以及透过QB13型青蓝色玻璃片的自然光照度A2，计算中午明亮教室自然光的非视觉生物效应因子A：
A＝(KA2)/A1。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下有益效果：
可解决节律因子Kc无法量化评估光谱分布函数随时间快速变化的视频播放过程中的非视觉生物效应；拓宽了非视觉生物效应定量研究范围；给出了视频节目非视觉生物效应简单可行的定量评估方法；该评估方法的计算公式及评估方法物理意义明确，可为类似研究提供借鉴。
本发明方法选择被测视频节目及其播放显示器；在暗室中播放视频并采集照度E(t)；透过QB13型青蓝色玻璃片采集视频照度E’(t)；计算视频播放过程中的非视觉生物效应因子R；与中午明亮教室自然光的非视觉生物效应因子比较，判断视频的非视觉生物效应是否安全，并给出评估结果。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：
图1为视觉生物效应评估方法流程图；
图2为节律作用函数、QB13型青蓝色玻璃片透射率及归一化透射率；
图3为OLED电视播放《动物世界》照度测试结果；
图4为手机LED背光LCD屏播放春节联欢晚会照度测试结果；
图5为电影院播放《红海行动》照度测试结果。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
一种视频播放过程中的非视觉生物效应评估方法，包括以下步骤：
步骤1，选择被测视频节目及其播放显示器：
选择适当时长的被测视频节目，可为影视片源、电视节目、电子游戏等所有以光电信号呈现的动态画面。选择播放被测视频节目的显示器，包括CRT阴极射线管、各种背光源(LED发光二极管、CCFL冷阴极荧光灯管)LCD液晶显示器、OLED有机发光二极管显示器，以及各种投影显示设备。
步骤2，在暗室中播放视频并采集照度E(t)；
为了避免环境光源影响，在暗室中利用步骤1所选显示器，亮度调节至显示器亮度调节范围的中间值，播放步骤1所选视频节目。在显示器正前方距离为d(具体数字根据显示器种类及尺寸定，约等于显示器的最佳观看距离)处，利用数字照度计，以照度计最高采样频率f采集照度E(t)。
步骤3，透过QB13型青蓝色玻璃片采集视频照度E’(t)；
紧贴显示器放置尺寸不小于屏幕的QB13型青蓝色玻璃片，采用同于步骤2方法采集透过QB13型青蓝色玻璃片视频的照度E’(t)。
步骤4，计算视频播放过程中的非视觉生物效应因子R：
根据步骤2、3所测数据，在OriginPro软件中分别绘制视频照度E(t)随时间变化曲线，以及透过QB13型青蓝色玻璃片的照度E’(t)随时间变化曲线。分别利用OriginPro软件中的Integrate功能计算
式中t为照度对应时间，开始测量第一个照度对应时间记为0，最后一个照度对应时间记为t。
利用公式计算视频的非视觉生物效应因子R：
式中，K为QB13型青蓝色玻璃片透射率归一化引入常数，与玻璃片厚度等特性参数有关。
步骤5，以中午明亮教室自然光的非视觉生物效应因子A为阈值，判断是否安全并给出评估结果：
利用数字照度计测量夏天中午12时，明亮教室内自然光照度A1，以及透过QB13型青蓝色玻璃片的自然光照度A2，计算中午明亮教室自然光的非视觉生物效应因子A：
A＝(KA2)/A1。
A作为视频非视觉生物效应安全与否的阈值。当A≥R时，被测视频播放过程中非视觉生物效应安全；当A<R时，被测视频播放过程中非视觉生物效应不安全，并计算R/A，给出非视觉生物效应因子超过安全值的倍数。
下面通过具体实施例来进一步说明本发明。
实施例1：
本实施例为利用本发明评估OLED电视播放《动物世界》过程中的非视觉生物效应，具体步骤如下：参见图1、图2、图3。
步骤1，选择被测视频节目及其播放显示器：
选择时长为500s的《动物世界》作为被测视频源。选择世界某知名品牌55inch、超高清、智能OLED电视作为被测显示器。
步骤2，在暗室中播放视频并采集照度E(t)：
为了避免环境光源影响，在夜晚熄灯后(照度低于所用照度计的最小量程)，利用步骤1所选OLED电视，亮度调节至OLED电视亮度调节范围的中间值，播放《动物世界》。在显示器正前方距离为2.5m处，利用TES-1330A数字照度计，以2Hz采集照度E(t)，得到1000个照度值。
步骤3，透过QB13型青蓝色玻璃片采集视频照度E’(t)：
紧贴OLED电视屏幕，放置尺寸为65inch的QB13型青蓝色玻璃片，采用同于步骤2方法采集透过QB13型青蓝色玻璃片视频照度E’(t)，得到1000个照度值。
QB13型青蓝色玻璃片透射率3经过归一化处理得到QB13型青蓝色玻璃片归一化透射率2，与节律作用函数1重合度较高。
步骤4，计算视频播放过程中的非视觉生物效应因子R：
根据步骤2、3所测数据，在OriginPro软件中分别绘制OLED电视播放《动物世界》的照度随时间变化曲线4，以及《动物世界》透过QB13型青蓝色玻璃片的照度随时间变化曲线5。分别利用OriginPro软件中的Integrate功能计算得：
式中t为500s。利用
计算《动物世界》的非视觉生物效应因子R＝0.2119，式中K＝1.834306。
步骤5，以中午明亮教室自然光的非视觉生物效应因子A为阈值，判断是否安全并给出评估结果：
利用数字照度计测量夏天中午12时，明亮教室内自然光照度为4230lx，透过QB13型青蓝色玻璃片明亮教室内的自然光照度为153lx，计算A＝(1.834306*153)/4230＝0.0663。0.0663为视频非视觉生物效应安全与否的阈值。由于R＝0.2119≥0.0663，故OLED电视观看《动物世界》过程中的非视觉生物效应不安全，非视觉生物效应因子为安全值的3.2倍。
实施例2：
本实施例为利用本发明评估LED背光LCD屏手机播放春节联欢晚会过程中的非视觉生物效应，具体步骤如下：参见图1、图2、图4。
步骤1，选择被测视频节目及其播放显示器：
选择时长为500s的春节联欢晚会作为被测视频源。选择世界某知名品牌5.5inch，LED背光LCD屏手机作为被测显示器。
步骤2，在暗室中播放视频并采集照度E(t)：
为了避免环境光源影响，在夜晚熄灯后(照度低于所用照度计的最低量程)，利用步骤1所选LED背光LCD屏手机，亮度调节至LED背光LCD屏手机亮度调节范围的中间值，播放春节联欢晚会。在屏幕正前方距离为0.4m处，利用TES-1330A数字照度计，以2Hz采集照度E(t)，得到1000个照度值。
步骤3，透过QB13型青蓝色玻璃片采集视频照度E’(t)：
紧贴LED背光LCD屏手机屏幕，放置尺寸为7inch的QB13型青蓝色玻璃片，采用同于步骤2方法采集透过QB13型青蓝色玻璃片视频的照度E’(t)，得到1000个照度值。
QB13青蓝色玻璃片透射率3经过归一化处理得到QB13青蓝色玻璃片归一化透射率2，与节律作用函数1重合度较高。
步骤4，计算视频播放过程中的非视觉生物效应因子R：
根据步骤2、3所测数据，在OriginPro软件中分别绘制LED背光LCD屏手机播放春节联欢晚会的照度随时间变化曲线6，以及春节联欢晚会透过QB13型青蓝色玻璃片的照度随时间变化曲线7。分别利用OriginPro软件中的Integrate功能计算得：
式中t为500s。利用
计算春节联欢晚会的非视觉生物效应因子R＝0.2992，式中K＝1.834306。
步骤5，以中午明亮教室自然光的非视觉生物效应因子A为阈值，判断是否安全并给出评估结果：
阈值A＝0.0663，LED背光LCD屏手机播放春节联欢晚会过程中的非视觉生物效应因子R＝0.2992>0.0663，故LED背光LCD屏手机观看春节联欢晚会的非视觉生物效应不安全，非视觉生物效应因子为安全值的4.5倍。
实施例3：
本实施例为利用本发明评估电影院播放《红海行动》过程中的非视觉生物效应，具体步骤如下：参见图1、图2、图5。
步骤1，选择被测视频节目及其播放显示器：
选择时长为500s的《红海行动》作为被测视频源。选择全国某知名院线，4K激光巨幕作为被测显示器。
步骤2，在暗室中播放视频并采集照度E(t)：
在电影播放过程中，利用TES-1330A数字照度计，在屏幕正前方观影席正中间处，以2Hz采集照度E(t)，得到1000个照度值。
步骤3，透过QB13型青蓝色玻璃片采集视频照度E’(t)：
在照度计探头正前方，放置尺寸为7inch的QB13型青蓝色玻璃片，采用同于步骤2方法采集透过QB13型青蓝色玻璃片视频的照度E’(t)，得到1000个照度值。
QB13青蓝色玻璃片透射率3经过归一化处理得到QB13型青蓝色玻璃片归一化透射率2，与节律作用函数1重合度较高。
步骤4，计算视频播放过程中的非视觉生物效应因子R：
根据步骤2、3所测数据，在OriginPro软件中分别绘制4K激光巨幕播放《红海行动》的照度随时间变化曲线8，以及《红海行动》透过QB13型青蓝色玻璃片的照度随时间变化曲线9。分别利用OriginPro软件中的Integrate功能计算得：
式中t为500s。利用
计算《红海行动》的非视觉生物效应因子R＝0.1808，式中K＝1.834306。
步骤5，以中午明亮教室自然光的非视觉生物效应因子A为阈值，判断是否安全并给出评估结果：
阈值A＝0.0663，电影院4K激光巨幕观看《红海行动》过程中的非视觉生物效应因子R＝0.1808>0.0663，故电影院4K激光巨幕观看《红海行动》的非视觉生物效应不安全，非视觉生物效应因子为安全值的2.73倍。
本发明基于两方面考虑，提出利用式(2)定量计算视频播放过程中非视觉生物效应强弱：
R为非视觉生物效应因子；E(t)为视频播放过程中，照度随时间变化函数；E’(t)为视频播放过程中，透过QB13型青蓝色玻璃片的照度随时间变化函数；K为QB13型青蓝色玻璃片透射率归一化过程中引入常数。该计算对应于观影的时间段，可有效避免式(1)节律因子Kc在视频评估中对应于某个时刻，无法对整个观影过程进行量化。
根据节律作用函数C(λ)数据，利用OriginPro软件拟合节律作用函数C(λ)表达式，拟合相关系数R2＝0.999872，结果为：
利用OriginPro软件拟合表1技术参数QB13型青蓝色玻璃片归一化透射率表达式，拟合相关系数R2＝0.999768，结果为式4。
表1QB13型青蓝色玻璃片技术参数
由拟合表达式3、4定量比较节律作用函数C(λ)与QB13型青蓝色玻璃片归一化透射率曲线重合程度，见表2：
表2节律函数与QB13型青蓝色玻璃片归一化透射率曲线比较
可见QB13型青蓝色玻璃片归一化透射率曲线与节律作用函数C(λ)重合度较好。
综上所述，利用式(2)可方便的、物理意义明确的定量计算视频播放过程中非视觉生物效应强弱。同时发现QB13型青蓝色玻璃片归一化透射率曲线可较好与节律作用函数C(λ)重合。该发明对视频的非视觉生物效应研究具有重大意义。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。
Claims (4)
1.一种视频播放过程中的非视觉生物效应评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，选择被测视频节目及其播放显示器；
步骤2，在暗室中播放视频并采集照度E(t)；
步骤3，透过QB13型青蓝色玻璃片采集视频照度E’(t)；
步骤4，根据步骤2、3所测数据，在OriginPro软件中分别绘制视频照度E(t)随时间变化曲线，以及透过QB13型青蓝色玻璃片的照度E’(t)随时间变化曲线；利用公式计算视频播放过程中的非视觉生物效应因子R；
步骤5，以中午明亮教室自然光的非视觉生物效应因子A为阈值，判断被测视频播放过程中非视觉生物效应是否安全，并给出评估结果：
当A≥R时，则被测视频播放过程中非视觉生物效应安全；当A<R时，被测视频播放过程中非视觉生物效应不安全，并计算R/A，给出非视觉生物效应因子超过安全值的倍数；
步骤4中：
4a)分别利用OriginPro软件中的Integrate功能计算
式中，t为照度对应时间，开始测量第一个照度对应时间记为0，最后一个照度对应时间记为t；
4b)利用公式计算视频的非视觉生物效应因子R：
式中，K为QB13型青蓝色玻璃片透射率归一化引入常数，与玻璃片厚度特性参数有关；
步骤5中：利用数字照度计测量夏天中午12时明亮教室内自然光照度A1，以及透过QB13型青蓝色玻璃片的自然光照度A2，计算中午明亮教室自然光的非视觉生物效应因子A：
A＝(KA2)/A1
式中，K为QB13型青蓝色玻璃片透射率归一化引入常数。
2.根据权利要求1所述的视频播放过程中的非视觉生物效应评估方法，其特征在于，步骤1中，选择被测视频节目，包括影视片源、电视节目、电子游戏所有以光电信号呈现的动态画面；
选择播放被测视频节目的显示器，包括：CRT阴极射线管、采用LED发光二极管或CCFL冷阴极荧光灯管作为背光源的LCD液晶显示器、OLED有机发光二极管显示器，以及各种投影显示设备。
3.根据权利要求1所述的视频播放过程中的非视觉生物效应评估方法，其特征在于，步骤2按照以下步骤进行：
2a)在暗室中利用步骤1所选显示器，亮度调节至显示器亮度调节范围的中间值，播放步骤1所选视频节目；
2b)在显示器正前方距离为d处，利用数字照度计，以照度计最高采样频率f采集照度E(t)。
4.根据权利要求1所述的视频播放过程中的非视觉生物效应评估方法，其特征在于，步骤3中，紧贴显示器放置尺寸不小于屏幕的QB13型青蓝色玻璃片，采用同于步骤2的方法采集透过QB13型青蓝色玻璃片视频的照度E’(t)。
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