徐明伟等：受限空间不同照度环境下VDT作业视觉疲劳 ·1609· 6.5 Fitting 1 合结果优于Iskander等研究的指数函数.因此， 6.0 ■ Fitting 2 对于瞳孔-照度关系时优选幂函数.同时，从图5 55 一Fitting3 -Fitting 4 可以看出在照度较低的环境中，瞳孔尺寸变化较 5.0 4.5 剧烈.对优选的幂函数进行求导，结果如图7，在 4.0 黑暗环境（照度<1001x)对瞳孔直径变化率的影响 3.5 最大 3.0 32作业时间对瞳孔直径影响分析 -1000100200300400500600700 Illuminance/lx 根据前期研究成果B),在受限空间300x左右 图6不同照度下的瞳孔直径拟合结果 照度条件比较适宜，因此以300x环境为参照，分 Fig.6 Fitting results of pupil diameter under different illuminances 别作出低于3001x照度和高于3001x照度下的曲 表2不同函数拟合结果 Table 2 Fitting results of different functions Fitting No. Equations Parameter values Adjustment coefficient,R' Correlation y=ax+b a=-000359;b=5.3027 0.8775 Pearson correlation coefficient-0.094 2 y=ax'+bx+c a=4.72493×106.b=-0.0065:c=5.51167 0.7732 Sum of squared residuals:0.7732 3 y=a+bx a=6.0948:b=0.250:c-0.374 0.9856 Sum of squared residuals:0.0097 =1.71;b=-0.00143:=9.57×107 0.9364 Sum of squared residuals:0.0557 因此可以推测，在300~7001x之间，随着光照强度 0 的增强，作业人员视觉疲劳发生的程度也会增加 低照度(50,100和200x)环境下瞳孔直径变化率 -2 -3 在-8%~4%之间浮动.在VDT作业后期，低照度 环境下瞳孔直径减小的程度50x>100x>2001x, 100200300400500600700 可以推测，在50~3001ⅸ之间，随着光照强度的减 Illuminance/lx 弱，作业人员视觉疲劳发生的程度也会增加.据上 图7不同照度下的瞳孔直径变化率 述分析知，不同的光照强度对视觉疲劳有不同的 Fig.7 Rate of change of pupil diameter under different illuminances 影响，在照度为300x附近视觉疲劳发生程度较 线图（如图5）.从图5可以看出，在照度为300x 低，在较亮(550和700x),或者较暗光照条件下 时，瞳孔直径变化浮动最小，这与田会娟等研 (50和100x)均容易发生疲劳 究：被试者处于视觉舒适状态下瞳孔直径相对变 根据研究，在恒定光照情况下，瞳孔直径不 化量为-2.14%~2.14%，基本保持一致.康奈尔大 是恒定不变的，会震荡，但是震荡幅度不同.因此， 学的Tseng,.Costa和宾夕法尼亚州立大学的Abdullah 可以使用瞳孔直径的波动程度反映其疲劳程度 共同研究发现，当人们处于警觉状态时，交感神 本研究使用窗口化的标准差判断其震荡程度，将 经控制系统会使瞳孔放大，以便更容易获取信息， 窗口设为5min,统计连续5min内的标准差，如式 当人们昏昏欲睡时，或者警觉度下降时副交感神 (5)和(6) 经会导致瞳孔收缩.又有研究阿发现，即使在恒 i+4 定光照情况下，瞳孔直径不是恒定不变的，会震 0= 2=1-2 (5 荡，但是震荡幅度不同.因此，可以用瞳孔直径震 i体4 荡变化中的下降趋势来判定视觉疲劳.从图6可 μ=5 1专 (6) 知，在不同光照下瞳孔直径均出现不同程度的震 5 荡，在VDT作业后期，瞳孔直径均出现下降趋势 式中：o为标准差，%；x为i时刻的瞳孔变化率， 高照度(400,550和700x)环境下瞳孔直径变化率 %;,u为连续5min内瞳孔变化率的均值，%. 在-12%~8%之间浮动.在VDT作业后期，高照 由图8可知，在不同照度条件下，瞳孔震荡程 度环境下瞳孔直径减小的程度700lx>5001x>400lK, 度σ在作业过程中都出现了明显的波动，其中在合结果优于 Iskander 等[29] 研究的指数函数. 因此， 对于瞳孔‒照度关系时优选幂函数. 同时，从图 5 可以看出在照度较低的环境中，瞳孔尺寸变化较 剧烈. 对优选的幂函数进行求导，结果如图 7，在 黑暗环境（照度<100 lx）对瞳孔直径变化率的影响 最大. 3.2    作业时间对瞳孔直径影响分析 根据前期研究成果[33] ，在受限空间 300 lx 左右 照度条件比较适宜，因此以 300 lx 环境为参照，分 别作出低于 300 lx 照度和高于 300 lx 照度下的曲 线图（如图 5）. 从图 5 可以看出，在照度为 300 lx 时，瞳孔直径变化浮动最小，这与田会娟等[18] 研 究：被试者处于视觉舒适状态下瞳孔直径相对变 化量为−2.14%～2.14%，基本保持一致. 康奈尔大 学的 Tseng，Costa 和宾夕法尼亚州立大学的 Abdullah 共同研究发现[34] ，当人们处于警觉状态时，交感神 经控制系统会使瞳孔放大，以便更容易获取信息， 当人们昏昏欲睡时，或者警觉度下降时副交感神 经会导致瞳孔收缩. 又有研究[35] 发现，即使在恒 定光照情况下，瞳孔直径不是恒定不变的，会震 荡，但是震荡幅度不同. 因此，可以用瞳孔直径震 荡变化中的下降趋势来判定视觉疲劳. 从图 6 可 知，在不同光照下瞳孔直径均出现不同程度的震 荡，在 VDT 作业后期，瞳孔直径均出现下降趋势. 高照度（400，550 和 700 lx）环境下瞳孔直径变化率 在−12%～8% 之间浮动. 在 VDT 作业后期，高照 度环境下瞳孔直径减小的程度 700 lx>500 lx>400 lx， 因此可以推测，在 300～700 lx 之间，随着光照强度 的增强，作业人员视觉疲劳发生的程度也会增加. 低照度（50，100 和 200 lx）环境下瞳孔直径变化率 在−8%～4% 之间浮动. 在 VDT 作业后期，低照度 环境下瞳孔直径减小的程度 50 lx>100 lx>200 lx， 可以推测，在 50～300 lx 之间，随着光照强度的减 弱，作业人员视觉疲劳发生的程度也会增加. 据上 述分析知，不同的光照强度对视觉疲劳有不同的 影响，在照度为 300 lx 附近视觉疲劳发生程度较 低，在较亮（550 和 700 lx），或者较暗光照条件下 （50 和 100 lx）均容易发生疲劳. 根据研究[36] ，在恒定光照情况下，瞳孔直径不 是恒定不变的，会震荡，但是震荡幅度不同. 因此， 可以使用瞳孔直径的波动程度反映其疲劳程度. 本研究使用窗口化的标准差判断其震荡程度，将 窗口设为 5 min，统计连续 5 min 内的标准差，如式 （5）和（6）. σ = √ 1 5 ∑i+4 i=1 (xi −µ) 2 （5） µ = ∑i+4 i=1 xi 5 （6） 式中： σ 为标准差，%； xi 为 i 时刻的瞳孔变化率， %；，μ 为连续 5 min 内瞳孔变化率的均值，%. 由图 8 可知，在不同照度条件下，瞳孔震荡程 度 σ 在作业过程中都出现了明显的波动，其中在 表 2 不同函数拟合结果 Table 2 Fitting results of different functions Fitting No. Equations Parameter values Adjustment coefficient, R 2 Correlation 1 y=ax+b a=−000359; b=5.3027 0.8775 Pearson correlation coefficient −0.094 2 y=ax2+bx+c a=4.72493×10−6; b=−0.0065; c=5.51167 0.7732 Sum of squared residuals: 0.7732 3 y=a+bxc a=6.0948; b=0.250; c=0.374 0.9856 Sum of squared residuals: 0.0097 4 y = e a+bx+cx2 a=1.71; b=−0.00143; c=9.57×10−7 0.9364 Sum of squared residuals: 0.0557 −100 0 100 200 300 400 500 600 700 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 Fitting 1 Fitting 2 Fitting 3 Fitting 4 Pupil diameter/mm Illuminance/lx 图 6    不同照度下的瞳孔直径拟合结果 Fig.6    Fitting results of pupil diameter under different illuminances −5 −4 −3 −2 −1 0 1 Pupil change rate/mm Illuminance/lx 0 100 200 300 400 500 600 700 图 7    不同照度下的瞳孔直径变化率 Fig.7    Rate of change of pupil diameter under different illuminances 徐明伟等： 受限空间不同照度环境下 VDT 作业视觉疲劳 · 1609 ·