论文总字数：34495字

摘 要

随着科技的迅速发展，手机、平板电脑等便携电子设备日益流行，人们使用各类视觉显示终端VDT（Visual Display Terminal）的时间不断增长，阅读习惯正在发生从纸媒到电子媒体的转变。这也带来了日益严重的视疲劳问题。准确评估与有效预防视疲劳，对改善人类的视觉乃至身心健康具有重要的现实意义。

本论文对各类主观参数、生理参数与阅读手机电子书引起的视疲劳间的关系进行了研究，尝试寻找能有效评价视疲劳程度的参数组合。并对文字和背景的不同颜色搭配条件下阅读手机电子书的视疲劳进行了比较。

实验结果显示：阅读电子书后，视疲劳程度加深，眼视光学参书中的调节微波动增多、最佳矫正远视力BCDVA减小、调节性集合与调节比AC/A增加、闪光融合临界频率CFF降低、泪膜破裂时间BUT缩短；脑电信号的θ波、α波、β波的平均频谱能量增加，其中表征疲劳、困倦程度的α波段增加幅度最为明显；生理综合信号中，心率变异性指标归一化高频成分HF（NU）减小、低频与高频成分比LF/HF增加，并伴随着体温降低、皮电反应减弱和血氧饱和度增加。

对于灰底黑字和绿底黑字两种文字和背景的颜色搭配，进行对比分析的结果为：脑电信号的α波、β波在绿底黑字情况下，平均频谱能量的增加量远小于灰底黑字情况下的；其余各项生理指标在两种颜色搭配下的区别相较而言则不明显。这说明绿底黑字的颜色搭配与灰底黑字相比，确实不易引起视疲劳，但区别较小，影响有限。

本论文的研究成果对显示器件的开发、显示性能的评估提供了参考。

关键词：视疲劳，脑电信号，生理信号

A STUDY ON VISUAL FATIGUE BASED ON EEG AND PHYSIOLOGICAL SIGNAL

Abstract

With the rapid development of science and technology, mobile phones and tablets are becoming more and more popular, peoples' reading habit is also experiencing a change. It brings out the problem of visual fatigue. It’s very important to correctly assess and further prevent visual fatigue.

The paper studies relationship between different kinds of subjective and physical parameters and visual fatigue caused by reading mobile phone e-book. Also, the paper studies visual fatigue of reading mobile phone e-book under different color matches of words and background, and makes a comparison between them.

The experimental results show that after reading e-book, visual fatigue increases. The accommodative micro fluctuation and AC/A increase, BCDVA, CFF and BUT decrease. The energy value of theta, alpha and beta waveband of EEG signal increase, especially alpha waveband which represents the degree of drowsiness. Results of HRV show that HF（NU）decreases and LF/HF increases. Moreover, SpO2 increase, while body temperature and GSR decreases after reading.

Besides, the comparison results of influence of colour match show that, when background color is green, the energy value of alpha and beta waveband increase much smaller than gray background color. However, when it turns to other physiological parameters, there is no such obvious difference. It means that green background is not easy to cause visual fatigue compared to gray background, however the difference is very limited.

The research result of this paper provides some reference for the development of display device and the assessment of visual fatigue.

KEY WORDS: visual fatigue, EEG signal, physiological signal

目 录

摘要………………………………………………………………………………………………Ⅰ

Abstract…………………………………………………………………………………………Ⅱ

第一章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2国内外研究现状 1

1.3研究内容和意义 2

1.4论文结构安排 2

第二章 视疲劳评价方法 4

2.1主观评价方法 4

2.2 客观评价方法 5

2.2.1 脑电信号 5

2.2.2 眼动信号 5

2.2.3 生理综合指标 6

2.2.4 人眼视功能指标 7

2.3客观评价方法的测量仪器 7

2.4 本章小结 8

第三章 基于脑电及生理综合信号的视觉疲劳研究 9

3.1实验设计和数据采集 9

3.1.1实验目的 9

3.1.2仪器设备 9

3.1.3阅读材料 10

3.1.4实验环境 11

3.1.5被试筛选 12

3.2数据采集 13

3.2.1 主观调查问卷设计 13

3.2.2 眼视光学参数及人眼视功能指标测量 13

3.2.3 脑电信号采集 14

3.2.4 生理综合信号 15

3.2.5 眼动信号 15

3.3 实验流程 16

3.4本章小结 16

第四章 实验数据分析 18

4.1主观调查问卷分析 18

4.2眼视光学参数与人眼视功能指标分析 20

4.3 脑电信号分析 22

4.4 生理综合信号分析 31

4.5 结论 34

第五章 总结与展望 35

5．1本文工作总结 35

5．2 展望 35

致谢 37

参考文献 38

第一章 绪论

1.1研究背景

显示器件能呈现多彩的颜色、展现丰富的画面、为观看者带来真实的观看体验，自诞生之日起就颇受欢迎。科技迅速发展，随着手机、平板电脑等便携电子设备的流行，人们使用各类视觉显示终端VDT（Visual Display Terminal）——特别是手机屏——的时间不断增长，这也带来了日益严重的视疲劳问题。视疲劳威胁着人类的健康与安全，因而，研究其原因、表现、对人体生理状态的短期和长期影响，并进行准确评估与有效预防，对改善人类的视觉乃至身心健康至关重要。

正因如此，人机交互、电子技术多诸多学科自上世纪70年代起，就将VDT作业引起的视疲劳作为其重点研究领域之一进行探索^[1]。如今，便携电子设备使用广泛，更为流行，但是对其引起的视疲劳研究较少。W.Hunting（2007）和Laublie.Grandjeana研究了VDT工作环境下的视觉负担^[2]。Yen-Kung Lai(2012)和Eva(2012)研究了电子墨水显示器件和平板电脑的阅读绩效和视疲劳的研究^[3]，并与传统计算机类阅读绩效的研究进行了对比^[4]。

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