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1、人类工效学2013 年 12 月第 19 卷第 4 期 Chinese Journal of Ergonomics，December，2013，Vol.19，No.41前言手机屏幕作为一种新型的视觉显示器，和其他视觉显示器类似，显示效果受多因素的影响，如显示器亮度、对比度、分辨率、灰度、色度等方面均会对显示效果造成影响1。国内外研究者对室外环境不同照度下手机屏幕亮度最优参数研究张艳霞，李宏汀，许跃进（浙江理工大学 理学院心理系，杭州310018）【摘要】目的 研究环境照度、手机屏幕亮度对视觉搜索绩效的影响，并提出在室外不同的环境照度下手机屏幕亮度的最优值设置参数。方法 采用视觉搜索任务，对 1
2、 6 名被试在室外不同环境照度（1 0k l u x、2 0k l u x、3 0 k l u x）以及不同手机屏幕亮度条件下的视觉搜索绩效、主观评价以及眼睛疲劳度进行了比较。结果 在室外不同环境照度下手机屏幕亮度最优值设置不同，当环境照度为 1 0 k l u x 时，手机屏幕亮度的最优值是 3 5 4 c d/m2；环境照度为 2 0k l u x 时，手机屏幕亮度的最优值是 7 3 4c d/m2；环境亮度为 3 0k l u x 时，手机屏幕亮度的最优值是 1 3 7 5 c d/m2。结论 环境照度和手机屏幕亮度的最优值是线性变化的，当环境照度较低时屏幕亮度最优值较低，当环境照度为中
3、等水平时屏幕亮度最优值为中等水平，当环境照度为较高水平时屏幕亮度最优值也较高。关键词：手机；环境照度；屏幕亮度；视觉搜索绩效中图分类号：TB18文献标识码：A文章编号：1 0 0 6-8 3 0 9（2 0 1 3）0 4-0 0 0 1-0 4Research of Optimal Parameters of the Phone ScreenBrightness under Different Environmental IlluminationZHANG Yan-xia,LI Hong-ting,XU Yue-jin（Psychology Department of Zhejiang Sc
4、i-Tech University,Hangzhou,310018,China）论著【Abstract】ObjectiveTo investigate the effect of environment illumination and mobile screen brightness onthe performance of visual search task,and give optimal values of the phone screen brightness setting parameters under different environment illumination.M
5、ethod In this study,visual search task,behavioral performance,subjective evaluation and eye fatigue indicators were used to examine the impact of the environmentalillumination on cell phone screen.Result The experiment showed that when the ambient illumination was10klux,the brightness value was 354-
6、412cd/m2;when the ambient illumination was 20klux the brightness value was 734cd/m2;when the ambient illumination was 30klux the brightness value was 1375cd/m2.ConclusionEnvironmental illumination and the optimal value of the cell phone screen brightness indicates a linear trend.When the ambient ill
7、umination is low,the screen brightness is low.When the ambient illumination is themedium level,the screen brightness is the medium level.When the ambient illumination is the higher levelthe screen brightness is the higher level.Key words：mobile phone;environmental illumination;brightness of the scre
8、en;visual search performance基金项目：国家自然基金资助项目(3 1 2 7 1 1 0 2)；教育部人文社科规划基金（1 2 Y J C 1 9 0 0 1 8）。作者简介：张艳霞（1 9 8 7-），女，山西省潞城市人，硕士研究生，研究方向：工程心理学，（电话）1 8 7 6 8 1 2 7 7 4 5（电子信箱）5 2 0 3 e m a i l 1 6 3.c o m。1人类工效学2013 年 12 月第 19 卷第 4 期 Chinese Journal of Ergonomics，December，2013，Vol.19，No.4表 1 不同环境照度和不同
9、手机屏幕亮度等级对应的亮度值和亮度对比度手机屏幕亮度等级环境亮度 10 klux环境亮度 20 klux环境亮度 30 klux屏幕亮度（cd/m2）亮度对比度屏幕亮度（cd/m2）亮度对比度屏幕亮度（cd/m2）亮度对比度10%2412.01:15771.09:11 0951.25:120%3112.16:16051.05:11 1511.08:140%3272.18:16391.01:11 1891.19:160%3541.77:16811.03:11 2491.28:180%4121.85:17341.06:11 2611.25:1100%4381.86:17591.12:11 3751
10、.31:1影响显示器显示工效的各种因素进行了大量研究，总体上可分为对 CRT 显示器和对 LCD 显示器的工效学研究两大类。在 CRT 显示效果研究方面，朱祖祥和吴剑明2-3对不同屏幕亮度以及对比度对 CRT 显示绩效的影响进行了研究，结果显示不同的屏幕亮度对视疲劳有不同程度的影响。许为和刘为民4对不同屏面背景亮度下正确辨认 CRT 字符亮度对比度阈的研究结果表明随背景亮度的提高，正确辩认红、绿、蓝 3 种颜色字符的亮度对比度阈均随之下降。朱祖祥5对计算机显示终端 CRT 亮度对比度对视觉功能影响的研究表明在屏幕亮度为 20 cd/m2左右时，41-181 是 CRT 亮度对比度的适宜范围。2
11、000 年后有关显示器的工效研究主要集中在 LCD 显示器。方卫宁，郭北苑，张俊红6在 0500 lux 照度下，对 LCD 显示调控指标、环境照明对亮度对比度影响的研究结果显示相同照度下亮度对比度对视觉效果有显著影响，尤其在不同照度水平下影响更为显著。Lin7比较了屏幕背景和字符亮度的组合和字符颜色对 TFT-LCD 视觉绩效的影响。结果表明，高亮度组合的视觉绩效更高,字符颜色对视觉绩效没有显著影响。Lin 和Huang9研究周围环境亮度和屏幕亮度对 TFT-LCD显示器字符识别绩效的影响，结果显示屏幕亮度会显著影响字符识别绩效，而环境照度不会。郭小朝9提出，液晶多功能显示器在实际照明条件下
12、的对比度应保持在 10 左右,屏面的垂直照度不应大于 100 lux。Chen 和 Lin10的研究结果显示200 lux 照度下的视觉识别绩效和主观评价要高于 700 lux 照度下的视觉识别绩效和主观评价。总体来说，环境照度、显示器亮度以及亮度对比度等因素会对显示效果和用户操作绩效造成影响。随着移动互联网技术的发展，手机功能日益多样化，由于不同于液晶显示器，手机在室外环境中使用频率较高，但较少有研究关注室外不同环境照度等因素对用户视觉操作绩效以及主客观感受的影响。本研究主要从用户的操作绩效、主观评价、生理指标 3 个指标，确定在典型的3 种室外环境照度下手机屏幕亮度等级的最优建议值。2研究
13、对象与方法2.1被试随机选取杭州市某高校大学生和研究生共48 名，男女生各半，年龄在 1825 岁之间，视力或矫正视力正常，均为右利手，实验结束后均给与适当报酬。2.2实验装置和实验仪器实验在室外环境中进行，通过对研究者所在的杭州下沙高教园区 2012 年 4-5 月份每天不同时间段的环境照度进行测量，实验中选取 10 klux，20 klux，30 klux 3 种不同的环境照度作为实验条件。10 klux 是上午 900-1030 的光照强度，20 klux是上午 1030-1130 和下午 1430-1630 的光照强度，30 klux 是中午 1130-1400 的光照强度。实验仪器包
14、括触摸屏手机（三星 S5660，3.2英寸 TFT-LCD 屏幕，分辨率 480320），PR880 亮度计，YF2006 照度计，BD-118 型闪光融合频率仪。实验对不同环境照度和不同手机屏幕亮度等级的亮度值和亮度对比度进行了测定，得到各不同实验条件下的屏幕亮度和对比度值（见表 1）。2.3实验变量和实验设计实验采用 36 双因素混合实验设计。自变量有两个，一个是环境照度共有 3 个水平，10 klux，20 klux，30 klux。另一个是手机屏幕亮度等级共有 6 个水平（10%，20%，40%，60%，80%，100%）。其中环境照度为被试间变量，手机屏幕亮度等级为被试内变量。因变量
15、主要包括 3 类：行为指标（正确率、搜索时间）；主观评价（舒适度的满意度）进行 1-5级评价，由主试进行记录，1 分代表不满意，2 分2人类工效学2013 年 12 月第 19 卷第 4 期 Chinese Journal of Ergonomics，December，2013，Vol.19，No.4代表有点满意，3 分代表满意，4 分代表很满意，5分代表极度满意；眼睛的疲劳指标（闪光融合频率）。为防止无关变量干扰，显示字体为手机浏览器默认字体宋体，字体大小采用手机默认字号字体尺寸约为（22.5 mm）。字体颜色显示方式保持为白底黑字。2.4实验材料从现代汉语常用词表中选择频率最高的 100个
16、字组成字库。每次从词库中随机抽取一个字做为目标字，每次随机抽取 150 个字组成一篇文章，每行呈现 15 个字。程序用 JAVA 编制。2.5实验程序实验中首先向被试说明指导语，正式实验前需要进行练习，练习实验给予“正确或错误”反馈，正式实验不给予反馈。被试熟悉实验流程后可以进入正式实验。正式实验中每种实验条件下进行 10 次搜索，每个被试共进行 60 次搜索，每种实验条件之后保证足够的休息。实验中搜索任务是指屏幕上首先呈现目标词，被试确认看清后点击屏幕上“Next”按钮，屏幕呈现由 150 个汉字随机生成的无意义文章。当被试依次阅读完所有字后点击“结束”按钮，屏幕上会要求被试输入目标字的数量
17、，文章中的目标词在 1-10 次随机分布。手机自动记录从文章显示到被试点击“结束”按钮的时间以及被试反应的正误。每种屏幕亮度条件下搜索任务完成后，被试将完成眼睛疲劳度的测量，最后进行主观评价任务，眼睛疲劳度的测量采用调节闪光融合频率仪测定，主观评价任务由主试询问并记录。3结果实验结果用 SPSS 15.0 软件包进行处理。在统计被试数据时，依据 3 个标准差原则将原始数据中的异常数据删除（剔除比例 1%）。表 2 是不同环境照度、不同屏幕亮度等级条件下被试的反应正确率结果。重复测量方差分析表明，屏幕亮度主效应显著(F(5,225)=13.919，P0.05)，两者交互作用显著(F(10,225
18、)=6.113，P0.05)。LSD 检验表明，当环境照度为 10klux 的时候，60%屏幕亮度等级的反应正确率显著高于其他屏幕亮度等级下的反应正确率（P0.05）；当环境照度 20klux 的时候，80%屏幕亮度等级下的正确率显著高于其他屏幕亮度等级下的正确率（P0.05）；当环境照度为 30klux 的时候，100%屏幕亮度等级下的正确率显著高于其他屏幕亮度等级下的正确率（P0.05）,环境照度主效应不显著(F=(2,45)=1.959，P0.05),两者交互作用也不显著(F=(10,225)=0.504，P0.05)。表 4 是不同环境照度、不同屏幕亮度等级条件下被试的主观评价结果。卡
19、方检验结果表明，屏幕亮度主效应显著(2=201.915，P0.05)。当环境照度为 10 klux、20 klux、30 klux 的时候，最佳的屏幕亮度分别为 60%（354 cd/m2）、80%（734 cd/m2）、100%（1 375 cd/m2）。表 5 是不同环境照度、不同亮度等级条件下被试的眼睛疲劳程度指标闪光融合频率结果。重复测量方差分析结果显示：屏幕亮度主效应显著(F(5，225)=263.394，P0.05)，交互作用显著(F(10，225)=32.786，P0.05)。当环境照度为 10 klux的时候，不同的手机屏幕亮度下用户的闪光融合频率差异显著（P0.05），60%
20、屏幕亮度等级的闪光融合频率最高；当环境照度为 20 klux 的时候，不同的手机屏幕亮度下用户的闪光融合频率差异显著（P0.05），80%屏幕亮度等级的闪光融合频率最高；当环境照度为 30klux 的时候，不同的手机屏幕亮度下用户的闪光融合频率差异显著（P0.05），100%屏幕亮度等级的闪光融合频率最高。4讨论本研究考查了室外不同环境照度下手机屏幕亮度的最优值的参数设置。随着外界环境照度的不同，手机屏幕亮度的最优值不同，环境照度和手机屏幕亮度对用户的搜索正确率、主观评价、闪光融合频率指标均有显著影响。以往朱祖祥和吴剑明的实验结果显示屏面亮度 2040 cd/表 2 不同环境照度、不同亮度等级
21、条件下被试的反应正确率（%）环境照度水平手机屏幕亮度等级10%20%40%60%80%100%10 klux 64（15）71（15）79（11）87（9）72（14）69（15）20 klux 65（13）72（13）73（11）74（9）85（5）72（11）30 klux 64（11）73（12）77（8）75（12）73（9）84（10）注：括号内为标准差。3人类工效学2013 年 12 月第 19 卷第 4 期 Chinese Journal of Ergonomics，December，2013，Vol.19，No.4环境照度水平手机屏幕亮度等级10%20%40%60%80%100
22、%10 klux1.19（0.40）2.13（0.50）3.31（0.70）4.38（0.50）3.75（0.58）3.00（0.37）20 klux1.19（0.40）1.94（0.44）3.00（0.37）3.63（0.62）4.50（0.52）3.19（0.75）30 klux1.19（0.40）1.81（0.40）2.63（0.50）3.13（0.50）3.50（0.63）4.00（0.73）表 4 同环境照度、不同亮度等级条件下被试的舒适度主观评价注：括号内为标准差。环境照度水平手机屏幕亮度等级10%20%40%60%80%100%10 klux30 295（6072）29 799（
23、5678）30 483（7341）30 699（6710）29 175（4792）29 190（4454）20 klux32 814（11390）32 849（9769）31 334（13376）31 681（11689）31 432（5663）30 571（8440）30 klux36 696（8978）36 923（9750）35 701（9281）32 947（7956）34 144（7079）34 897（9740）表 3 不同环境照度、不同亮度等级条件下被试的搜索时间（ms）注：括号内为标准差。m2，91-111 范围的对比度所引起的视觉疲劳最轻，超过这一对比度范围都容易引起视疲劳，
24、对比度越趋高低两端，引起的视疲劳越深。本研究结果与朱祖祥等人的研究结果在显示字符与屏面亮度对比度对操作人员的视疲劳有明显影响上的规律基本一致。结果显示当环境照度为 10 klux，反应正确率和闪光融合频率表明 60%的屏幕亮度等级（354cd/m2）最优；根据主观评价指标 80%的屏幕亮度等级（412 cd/m2）最优。当环境照度为 20 klux 的时候，根据反应正确率等指标可以得出 80%的屏幕亮度等级（734 cd/m2）最优。当环境照度为 30klux 的时候，根据反应正确率、主观评价、闪光融合频率指标可以得出 100%的屏幕亮度等级（1375 cd/m2）最优。Lin 和 Huang
25、（2006）的研究发现在 200800 lux 范围内，环境照度对字符识别绩效影响不显著，随着背景亮度的提高字符识别绩效会增加。这与本研究结果不一致，可能的原因是由于这两个研究的实验条件并不相同，包括本研究是室外环境下（照度 1030 klux）进行的研究，而 Lin 是在 200800 lux 的实验室内进行；另外本研究采用常用汉字为实验材料，而 Lin 采用英文字符；关键一点是本研究采用 3.2 英寸屏幕（分辨率 480320）与 Lin 的实验（15 英寸，1024768）。同时，本研究在采用的手机屏幕尺寸上还较为单一，选用的年龄群体也比较单一，对于研究结果的推广还需要开展进一步深入研究
26、。5结论本研究发现，在室外不同环境照度下手机屏幕亮度最优值设置不同，在室外 030 klux 照度范围内，在 10 klux 的环境照度下，手机屏幕亮度的最优值 354 cd/m2，在 20 klux 的环境照度下，手机屏幕亮度的最优值是 734 cd/m2左右，在 30 klux的环境照度下，手机屏幕亮度的最优值是 1 375 cd/m2左右。环境照度和手机屏幕亮度的最优值是线性变化的，当环境照度较低时屏幕亮度最优值较低，当环境照度为中等水平时屏幕亮度最优值为中等水平，当环境照度为较高水平时屏幕亮度最优值也较高。参考文献1朱祖祥.工程心理学教程 M.北京：人民教育出版社，2003.2吴剑明，
27、朱祖祥.VDT 作业中屏面背景亮度与对比度的交互作用J.应用心理学，1988，3（1）:16-22.3朱祖祥，吴剑明.视觉显示终端屏面亮度水平和对比环境照度水平手机屏幕亮度等级10%20%40%60%80%100%10 klux30.75（1.84）32.25（1.91）34.12（1.67）37.37（1.50）35.06（1.06）33.75（1.39）20 klux29.31（1.70）30.88（2.00）32.50（2.34）33.81（2.37）36.75（2.74）34.00（3.22）30 klux30.50（2.94）31.88（3.03）33.44（2.58）34.44（2
28、.71）35.31（2.47）37.81（2.20）表 5 同环境照度、不同亮度等级条件下被试的生理指标闪光融合频率注：括号内为标准差。（下转第 9 页）4人类工效学2013 年 12 月第 19 卷第 4 期 Chinese Journal of Ergonomics，December，2013，Vol.19，No.4度对视疲劳的影响J.心理学报，1989,1（1）:36-40.4许为,刘为民.不同屏面背景亮度下正确辨认荧光屏(CRT)颜色字符亮度对比度阈的实验研究 J.心理科学,1992,3（1）:31-37.5朱祖祥.计算机显示终端 CRT 亮度对比度对视觉功能的影响J.心理学报,198
29、7,3（1）:221-227.6方卫宁,郭北苑,张俊红.机车操纵台液晶显示器参数调节对视觉功效的影响J.铁道学报,2004,25（6）：40-44.7Lin CC.Effects of Screen Luminance Combinationand Text Color on Visual Performance with TFT-LCD J.International Journal of Industrial Ergon-omics,2005,35（3）:229-235.8Lin CC,Huang KC.Effects of Ambient Illuminationand Screen L
30、uminance Combination on Character Identification Performance of Desktop TFT-LCD Monitors J.International Journal of Industrial Ergono-mics,2006,36（3）:211-218.9郭小朝.国内军用飞机座舱工效学研究进展 J.人类工效学，2005,11（1）:57-58.10 Chen MT,Lin CC.Comparison of TFT-LCD andCRT on Visual Recognition and Subjective Preference J
31、.International Journal of Industrial Ergono-mics,2004,34（3）:167-174.收稿日期 2012-09-03修回日期 2012-12-14脂肪、盐分含量高于标准水平；（4）牛肉和米饭的含量过高，蔬菜的含量相对较低。参考文献1平新乔.肯德基带给中国的不仅是快餐 J.中国改革,2002,17（8）:32-33.2中国烹饪协会,中国商业联合会,中华全国商业信息中心.2009 年度中国餐饮百强企业报告N/OL.http:/ s Corporation(MCD)Dividend StockAnalysis N/OL.http:/ J.食品科技动态
32、，1990,2（3）:5-7.6张黎莉,葛洪磊,周耀烈.有关中式快餐发展问题的研究J.经营管理,2005,11（上）:84-85.7张丽宏.创造中式快餐竞争优势 J.商场现代化,2007,20（03X）:65-66.8魏军.试论中式快餐的“顾客等待时间管理”J.商场现代化,2007,20（28）:120-121.9杨铭铎.回顾、展望与对策论面向 21 世纪的中国快餐业J.商业研究,2001,15（4）:118-120.10 翟风英.中国居民膳食结构与营养状况变迁的追踪研究M.北京：科学出版社,2008:49-54.11 翟金英，王惠君，杜树发，等.中国八省成人膳食结构变化趋势分析中国八省实例研究C.2002 国民健康与奶业发展科技论坛,2002,24（4）:151-42.12 中国营养学会.中国居民膳食营养素参考摄入量M.北京：中国轻工业出版社,2000.13 中国营养学会.中国居民膳食指南(2007)M.西藏:西藏人民出版社,2008.14 张乐月.饮食误区:”趁热吃”其实很伤胃EB/OL.http:/ 封志明，史登峰.近 20 年来中国食物消费变化与膳食营养状况评价J.资料科学,206,28（1）:2-8.收稿日期 2012-06-03修回日期 2012-10-11（上接第 4 页）9