T/CVIA 169.1-2025 显示产品视觉健康评价方法 自然光相似性 第1部分：光谱相似度

　　团 体 标 准

　　T/CVIA 169.1—2025

　　显示产品视觉健康评价方法 自然光相似性

　　第 1 部分：光谱相似度

　　Visual health assessment for display products: natural Light similarity

　　Part 1: spectrum similarity

　　2025 - 12 - 31 发布 2025 - 12 - 31 实施

　　中国电子视像行业协会 发 布

　　前 言

　　本文件按照 GB/T 1.1—2020《标准化工作导则 第 1 部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。

　　本文件由中国电子视像行业协会显示与视觉健康创新分会提出，由中国电子视像行业协会归口。

　　本文件起草单位：TCL 华星光电技术有限公司、中国标准化研究院、广州视源电子科技股份有限公司、联想(北京)有限公司，联想信息产品(深圳)有限公司、京东方科技集团股份有限公司、上海天马微电子有限公司、维信诺科技股份有限公司、海信视像科技股份有限公司、青岛海信激光显示股份有限公司、深圳创维显示科技有限公司、杭州远方光电信息股份有限公司、温州眼视光国际创新中心(中国眼谷)、北京理工大学、深圳 TCL 新技术有限公司、TCL 驭新智行科技有限公司、通标标准技术服务(上海)有限公司、广州奥翼电子科技股份有限公司、深圳市雏鹰视界健康科技有限公司、深圳光峰科技股份有限公司、厦门厦华科技有限公司、苏州市计量测试院。

　　本文件主要起草人：唐国富、黄卫东、张运红、杨毅、周新、连巧珍、冯晓曦、董敏、曹薇、顿胜堡、刘海泉、任程、王晓玲、刘艳玲、杨兰兰、刘卫东、张建超、沈思宽、宋立、王梓桓、马诗宁、季洪雷、罗光跃、赵允国、梁倩霞、王喜杜、黄小球、罗伟欢、严双涛、薛元、刘宏欣。

　　引 言

　　在数字化浪潮席卷全球的今天，显示设备已深度融入我们生活的方方面面，成为信息交互、工作学习、文化娱乐不可或缺的核心媒介。然而， 伴随高频率、长时程、多场景的屏幕使用，一场普遍的视觉健康危机正悄然蔓延。从日益严峻的青少年近视问题，到普遍困扰职场人的干眼症与视疲劳，其根源并非简单的“用眼过度”，而是一场深刻的、关乎技术与生物本源的“进化错配”危机。

　　人眼，是历经数亿年自然选择的精密感光器官，其整个结构和感知机制，都是在太阳光这一全光谱、高频连续、亮度动态范围广阔的自然光源下进化并完美适应的。自然光通过物体的反射、折射与吸收，呈现出连续而和谐的光谱，其光线振动在各个方向均匀分布，塑造了我们对世界的立体、舒适且真实的感知。

　　然而，现代主流显示技术，无论是 LCD 还是 OLED，其成像机理与自然光存在本质差异。它们大多通过红(R)、绿(G)、蓝(B)三基色混合成图像色彩，光谱呈现不连续的峰值状态，能量集中于特定窄带，尤其是高能短波蓝光部分占比较高;另外其亮度动态范围远不及自然光，且存在人眼不易察觉的频闪与刷新率限制。长此以往，这种“错配”超出眼部组织的生理极限，成为了视疲劳、干眼症、近视等的潜在影响因子，甚至潜在的视网膜损伤等一系列视觉健康问题表现出来。

　　显示设备与人类视觉进化之间的根本矛盾，从回归本源的维度，以“自然光”作为黄金准则，使显示屏发出的光无限趋近于自然光，从光的源头提升显示设备的视觉舒适性。然而基于显示技术种类繁杂的现状，为了科学评价自然光，《显示产品视觉健康评价方法 自然光相似性》计划发布以下部分(名称暂拟)：

　　——第 1 部分：光谱相似度

　　——第 2 部分：非偏振相似度

　　——第3 部分：漫反射相似度

　　——第 4 部分：时间连续性相似度

　　——第 5 部分：环境光节律相似度

　　——第 6 部分：人因评价

　　随着显示技术与自然光的评价方法研究探索深入，以上部分持续扩展，以系统全局、真实还原自然光及其与人的相互作用。

　　显示产品视觉健康评价方法 自然光相似性

　　第 1 部分: 光谱相似度

　　1 范围

　　本文件描述显示产品与CIE标准照明体D65的光谱相似度的测试方法，并确立光谱相似度等级。

　　本文件适用于平板显示产品(包含透射式显示及自发光显示)的光谱相似度评价。平板显示器件或模组亦可参考使用。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

　　GB/T 2900.65-2023 电工术语 照明

　　GB/T 18910.61-2021 液晶显示器件 第6-1部分：液晶显示器件测试方法 光电参数

　　GB/T 50034-2024 建筑照明标准

　　SJ/T 11842-2022 电视接收设备 液晶显示规范

　　3 术语定义和缩略语

　　GB/T 2900.65-2023界定的术语和定义适用于本文件。

　　GB/T 50034-2024界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

　　3.1 术语定义

　　3.1.1

　　平板显示 flat panel display

　　该显示具有近乎平面的表面，其厚度通常远小于其对角线长度，用于展示视觉信息，其表面包含一个有效显示区域，由一系列按行列排列的电控独立像素组成。

　　[来源：IEC 60050-845:2020 845-32-036] 3.1.2

　　透射式显示 transmissive display

　　显示画面的像素不具有电光转换功能，但具有主动调制功能，可控制独立的背光源形成图像的显示设备;对外光源透射光调制的显示器，如LCD、Mini LED BLU LCD。

　　3.1.3

　　自发光式显示 emissive display

　　显示画面的像素具有电光转换功能，可将电信号转换为光信号形成图像的显示设备，如OLED、QDOLED、 Micro-LED、LED等显示技术。

　　3.1.4

　　光 light

　　<心理学>从激发视觉系统能力的角度考虑的辐射;<光度学>可见辐射光谱范围内的辐射。 [来源：GB/T 2900.65-2023 845-21-012,845-21-013]

　　3.1.5

　　自然光 natural light

　　又称天然光，包含天空漫射光、太阳直射光以及地面反射光的总和。

　　[来源：GB/T 50033-2013 2.1.9 有修改]

　　3.1.6

　　CIE标准照明体 CIE standard il luminous

　　CIE为协调一致而标准化的照明体。

　　示例：CIE 标准照明体D65:代表相关色温约为6500K的昼光辐通量的相对光谱分布。

　　[来源：GB/T 2900.65-2023 845-23-021]

　　3.1.7

　　明视觉 photopic vision

　　正常眼睛视锥细胞作为主要起作用的光感受器时的视觉。

　　注：当眼睛适应于至少5cd ·m-2 的亮度水平时，通常发生明视觉。

　　[来源：GB/T 2900.65-2023 845-22-016]

　　3.1.8

　　CIE 10 °明视觉光度观察者的光视效率 luminous efficiency V10 (λ)

　　CIE 10°明视觉光度观察者的光度条件下光谱光视效率加权的辐通量与相应辐通量之比。

　　[来源：GB/T 2900.65-2023 845-21-094] 3.1.9

　　光谱辐亮度 spectral radiance

　　Le,λ ; Lλ

　　辐亮度Le (λ)在相应波长λ的密度。

　　注：光谱辐亮度的单位：W/(sr·m2·nm)

　　[来源：GB/T 2900.65-2023 845-21-052]

　　3.1.10

　　光谱相似度 Spectrum Similarity Index

　　以CIE标准照明体D65的相对光谱功率分布曲线为基准，采用数学相似性计算被测设备与D65两条曲线的相似程度。

　　3.2 缩略语

　　下列缩略语适用于本文件。

　　DUT：被测设备(Device Under Test)

　　LMD：光测量装置(Light Measuring Device)

　　SSI: 光谱相似度(Spectrum Similarity Index)

　　4 光谱相似度等级

　　平板显示光谱相似度等级分为5级，见表1.

　　表1 平板显示光谱相似度等级要求

　　光谱相似度平板显示的显示性能技术指标要求见表2。

　　表2 平板显示性能技术指标

　　注： 相关色温下限引用《T/CVIA 81-2021 显示产品视觉健康技术要求第1部分电子白板》

　　5 测试条件

　　5. 1 环境条件

　　在下列测量用标准条件下进行测量

　　——温度：25℃±2℃ ;

　　——相对湿度：25%RH ~85%RH;

　　——大气压力：86kPa~106kPa

　　——暗室杂散光： ≤1lx。

　　5.2 电源

　　DUT应在额定电源电压条件下测量，测试时电源电压的变化不应超过±2%;当使用自带电池供电时，电池电量应不低于80%;当采用交流电网供电时，电源频率的波动不超出±2%，谐波分量不超出±5%。

　　5.3 稳定时间

　　为了确保量测开始后，DUT的特性不随时间而有明显的变化，DUT应在标准工作状态下工作30分钟，以保障性能稳定。

　　5.4 标准工作状态

　　——标准状态

　　将DUT的图像设置为护眼模式状态，如无护眼模式，则设置为出厂设置。

　　——环境光控制调整(关闭自动亮度、色温、律动等调节功能)

　　如果DUT具有环境光自适应调节功能，测量前应将此功能关闭，如果不能关闭，为保证显示性能测量能顺利进行，应在DUT光感应器件处给予不低于300lx的照度，记录该状态。

　　5.5 亮度计和色度计

　　亮度计测量屏幕上小面积(大于500像素)的亮度，同时可测量不小于1nm间隔的光谱辐亮度，波长范围至少满足380nm~780nm。

　　色度计应能够在亮度低于2cd/㎡时，测量屏幕上小面积色度坐标。推荐采用分光型色度计。

　　5.6 测试装置

　　默认的DUT架设方式为垂直放置(如图1.a)，同时水平放置DUT也是可行(如图1.b)。如果使用后者，需要在报告中注明。DUT与光学测试设备LMD的距离应不小于设计备的最小距离。亮度计测试面积至少需要包含500个像素，推荐测试距离为500mm。

　　a) 垂直放置 b) 水平放置符号说明：

　　d: DUT与LMD的距离

　　图1 DUT架设方式

　　6 光谱相似度测试方法

　　6. 1 测试画面

　　测试画面为全屏100%白色画面。

　　6.2 测试方法

　　a) 将DUT调整到标准工作状态;

　　b) 用亮度计测量被测样品亮度100%白画面时中心点的光谱辐亮度分布，记为LDUT (λ)，波长范围380nm~780nm，波长间隔为1nm，单位:W/(sr ·m2 ·nm);

　　c) 用色度计测量被测样品亮度100%白画面时中心点的色温值，直接读取色度计的色温值，单位：开尔文(K)。

　　6.3 计算方法

　　6.3.1 归一化数据处理(见附录 C.3)

　　——计算 DUT 的归一化光谱辐亮度函数L(λ)，见公式(1)：

　　式中：

　　LDUT (λ)——被测样品的光谱辐射亮度，由 6.2 b)测试所得,单位:W/(sr ·m2 ·nm);

　　V10 (λ) ——CIE 10°明视觉光度观察者的光视效率(见附录 A)，无量纲。

　　Δλ ——1nm

　　——计算 CIE 标准照明体 D65 的归一化相对光谱功率分布函数S65 (λ)，见公式(2)

　　式中：

　　SD65(λ)——CIE 标准照明体 D65 的相对光谱功率分布(见附录 B)单位：1;

　　V10 (λ) ——CIE 10°明视觉光度观察者的光视效率，无量纲。

　　Δλ ——1nm

　　6.3.2 计算光谱相似度(见附录C.4)

　　光谱相似度，spectral similarity index，符号：SSI，计算方法见公式(3)：

　　式中：

　　L(λ)——DUT的归一化光谱辐亮度函数;

　　S65 (λ)——CIE标准照明体D65的归一化相对光谱功率分布函数;

　　注1：小数点后保留两位有效数字;

　　注2：常见CIE标准照明体及显示技术的光谱相似度如表C. 1。

　　附录 A

　　(规范性)

　　CIE 10。明视觉光度观察者的光视效率

　　表 A.1 规定了 CIE 10°明视觉光度观察者的光视效率，引用 CIE 018:2019 表 5 10°明视觉光度观察者光视效率。

　　表 A.1 CIE 10°明视觉光度观察者光视效率

　　附录 B

　　(规范性)

　　CIE 标准照明体 D65 相对光谱功率分布

　　表 B.1 规定了 CIE 标准照明体 D65 相对光谱功率分布，引用 CIE S 014-2:2007,比色法(Colorimetry)-Part 2: CIE 标准照明体 CIE Standard Illuminants

　　表 B.1. CIE 标准照明体 D65 相对光谱功率分布

　　附录 C

　　(资料性)

　　光谱相似度计算说明

　　C.1 CIE 标准照明体 D65

　　自然光易受气候、地理、季节、海拔等因素影响，国际照明委员会(CIE)为标准化考虑，于 1967 年正式将 D65 纳入标准照明体系列，代表相关色温为 6500K 的日光光谱分布[1]。其定义基于 Judd 等人对622 条日光光谱的分析[2]，并沿用至今(参见 CIE 15:2018 ，CIE S 014-2：2007)，奠定现代色彩工业基石。此数值旨在代表平均日光状况，其相关色温约 6500K。在所有需要代表日光的计算中，应使用 CIE标准照明体 D65[3]。

　　图 C.1 Judd 等人对 622 个样本拟合的不同色温典型日光的光谱分布[2]

　　C.2 明视觉光度观察者的光视效率[4]

　　反应人眼细胞的光谱敏感度及刺激响应可由光谱光效函数进行表征。

　　在灵长类动物中，视觉信息是通过三条独立且分开的通道从视网膜传递至大脑初级视觉皮层。S细胞和 L\M 细胞路径包含具有色谱对立特性的细胞，是色彩信息的传递媒介。L 细胞路径由短暂响

　　应、非对立的细胞组成，其光谱敏感度与光谱发光效率函数相等。因此反应人眼细胞的光谱敏感度及刺激响应可由光谱光效函数进行表征。由于人眼视网膜光感受器主要分为视锥细胞和视杆细胞，依据光强度，分为明视觉、暗视觉、中间视觉：

　　明视觉，正常眼睛视锥细胞作为主要起作用的光感受器时的视觉。当眼睛适应于至少 5cd/㎡的亮度水平时，通常发生明视觉，颜色感知是明视觉的典型特征。

　　暗视觉，正常眼睛视杆细胞作为主要起作用的光感受器时的视觉。当眼睛适应于约 0.005cd/㎡的亮度水平时，通常发生暗视觉，与明视觉相比，暗视觉的特征是缺乏颜色感知，并且视觉灵敏度函数向较短波长移动。

　　中间视觉，正常眼睛介于明视觉和暗视觉之间的视觉，此时视锥细胞和视杆细胞均起作用。

　　1964 年 CIE 接受 10°标准比色观察者，10°光谱发光效率函数是通过色度学得出的，它与观察者处角度大小大于 4°的视野中视觉色匹配的色度学相关性具有相同的条件。

　　图 C.2 2°与 10°的差异

　　在某些情况下，建议使用 10°系统而非2°系统。具体如下：

　　在视觉范围超过 4°视角、需要评估偏离轴线的目标，且光照强度足够高以排除视杆细胞干扰的情况下，才应使用 10°光度系统。

　　为了测量正常视野范围内的平均场景亮度，以便用于摄影和传统电视领域，采用 CIE 标准观察者的V(λ)合适的。对于现代大屏投影电视系统和图形艺术显示器，其视野范围大于 2°的中央凹区域。此时，偏离中心轴看到的彩色细节如果使用 V(λ)或 V10(λ)，彼此亮度会不同。

　　在显示测量中使用，如许多电子显示屏相当小，用于展示信息，如文字或符号等需要采用黄斑中央凹分辨信息等。通常平均亮度在 10nit~200nit。这种类型的显示器用 2°观察者仍然是最合适的。然而，当前的电子显示技术包括大屏幕显示器，有些覆盖整个墙壁或整个房间，这些显示器用于会议室、模拟器以及户外广告，亮度水平要显著提高以模拟自然日光水平，或者使他们在高照度条件下仍能清晰。对于这些类型的显示应用，如果在大于 4°的视觉角度下观看，10°函数将更为合适。

　　对于平均亮度低于约 10nit 的显示器，哪种系统最为合适也是一个值得关注的问题。有些显示器被用于需要较低输出以与环境相兼容或模拟较低环境照度的环境中，尽管人眼仍以中间视觉亮度水平(周围环境的亮度低于所观察的实际任务的亮度)，但使用 10°系统似乎是合适的，因为观察者的任务是观察细节，需要视觉敏锐度。此时对精细细节的观察是由明暗通道来实现的，而这些通道主要由 L 和 M视锥信号所提供(Stockman and Sharpe,2000), 明暗通道传输细节信息，对于非视网膜中心区域的视觉而言，10°函数似乎是合适的(Rea,1999b)。

　　在阅读任务中使用 10°的情况。尽管阅读通常指的是黑白的任务/背景情况，但在某些应用中会使用彩色的任务字母或背景纸张。对于黑白而言，V(λ)或 V10 (λ)来评估对比度实际上不会彼此有太大差异，但对于彩色的文本纸张情况有所不同。可以说阅读是一种视网膜中心凹的视觉任务，但更深入的研究表明，在阅读过程中我们并不局限于中心凹，在阅读距离为 30 厘米的情况下，10°视野大约相当于5 厘米，一本书中的正常文本或长度为 5 厘米的信件，即使不进行眼球移动，也可以通过注视该文本的中心部分来阅读。如没有这种能力，阅读将会是一项非常困难的任务。阅读之所以能够进行，是因为在正常光照条件下，视网膜的运作超过了阈值。实际上，在周边 5°处的最大视觉敏锐度低于视网膜中心的最大视觉敏锐度，但这并不意味着在 5°处的任务不是由视觉敏锐度来定义的。因此即使在传统的阅读任务中，比如面对有颜色的文字时，我们也应该考虑采用大面积的光度测量系统。

　　总结，2°系统是为小角度(小于 4°视角)的视网膜中央凹视觉而定义的。而视网膜中央凹的这一中心部分被黄斑区所覆盖，而这个黄色滤光片会改变中央凹区域的光谱响应特性。

　　综上人眼视觉工效分析，应选用基于 10 ° 明视觉光度观察者的光视效率为基准标杆。

　　C.3 归一化方法

　　CIE S 012 第 5.2 章节定义了光谱标准化方法[5] ，以使评估结果Sn (λ)不受亮度、辐照度绝对值影响，本文件采用此方法(见公式 C.1)：

　　式中：

　　S (λ)——CIE 标准照明体 D65 的相对光谱功率分布(见附录 B)单位：1;

　　10 (λ) ——CIE 1964 标准色觉匹配函数(参考 ISO/CIE 10527-1991)，与 CIE 018 10°明视觉光度观察者的光视效率数值一致，无量纲。

　　Δλ ——1nm

　　C.4 相似性计算方法

　　C.4.1 数学函数的相似性原理

　　在数据科学中，当我们讨论两个函数的相似性时，通常是在比较它们在某一个或多个方面的属性在形式或结构上是否接近或相同。这种相似性并不是直观上的简单比较， 而是有着严格的数学定义和逻辑推理。相似性度量是一种衡量数据样本如何相互关联或相互接近的方法。相似性度量通常表示为一个数值：当数据样本越相似时它就越高。它通常通过转换表示为零和一之间的数字：零表示相似度低(数据对象不相似) ，一是相似度高(数据对象非常相似)。相似度通常采用的方法就是计算样本间的“距离”

　　举一个例子，其中每个数据点仅包含一个输入特征。这可以被认为是显示三个数据点A、B和C之间差异的最简单示例。每个数据样本在一个轴上可以有一个值(因为我们只有一个输入特征);将其表示为 x 轴。取两个点：A(0.5)、B(1) 和 C(30)，可以看出，与C相比，A和B彼此足够接近。因此， A和B之间的相似性高于A和C或B和C。换句话说，A和B具有很强的相关性。因此，距离越小，相似度就越大。计算对象之间距离的方式将在相似度表征时至关重要的作用。

　　本文件使用的相似性度量方法如下：

　　欧几里德距离(Euclidean Distance)：

　　计算两个向量(或曲线)之间的欧几里德距离，即两点之间的直线距离。适用于数值结果的相似比较。欧氏距离越小，两个数值相似度就越大，欧氏距离越大，两个数值相似度就越小。对于n维的欧氏距离如C.1式：

　　对于一维的两个数值比较， 即为两eisc，e (xi __ yi)2 (c. 1)

　　Euclidean Distance = |xi __ x0 | (c. 2)

　　由式(3)，|L(λ) __ S65 (λ)|即是波长λ的两光谱欧式距离

　　C.4.2 标准化

　　标准化实质是一种线性变换，取消由于量纲不同引起的误差;对向量 X 按照比例压缩再进行平移。由式(3)，|L(λ) __ S65 (λ)|/S65 (λ)，是波长λ的两光谱欧氏距离标准化，消除该波长的光度量纲影响，从而可进行比较波长λ的光谱光度值差异的相对大小。

　　C.4.3 平均值

　　在统计学中，平均数是表示一组数据集中趋势的量数，是指在一组数据中所有数据之和再除以这组数据的个数。它是反映数据集中趋势的一项指标，直观简明表示一组数据的情况。也可以用它进行不同组数据的比较，分析组与组之间的差别。

　　在光谱相似度计算中，以将光谱在波长轴上以 1 nm 的固定间隔进行采样，每个采样点所对应的光谱光度值视为一个独立样本。在 380 nm 至 780 nm 的波长范围内，共计可获得 400 个连续的光谱样本。求取这 400 个样本值的算术平均数，即得到反映整段光谱集中趋势的平均指标。 由式(3)，

　　Σ[|L(λ) __S65 (λ)|/S65 (λ)]即为计算光谱样本的标准化欧氏距离的平均值。平均值越大，即标准化欧氏

　　780__380

　　距离越大，即光谱样本更离散，反之平均值越小，则光谱样本越集中。最终，以式(3)表征两光谱样本的相似程度。

　　C.5 不同计算方法的光谱相似度

　　基于

　　光谱

　　分布

　　基于

　　明视

　　觉

　　a) CIE S 012 归一化 b) 总和归一化 c) 极值归一化 d) 560nm 归一化注 1：光谱曲线，—D65，—DUT;

　　注 2：横坐标：波长，单位：nm;纵坐标：相对能量分布，无量纲。

　　图 C.3 不同归一化方法的光谱分布示意图

　　表 C.1 常见照明体与显示技术的光谱相似度

　　参 考 文 献

　　[1] CIE 1967 Proc. of the 16th session of CIE, Washington D.C,Vol. A, 95-97.

　　[2] DEANE B. JUDD et al. Spectral Distribution of Typical Daylight as a Function of Correlated Color Temperature. JOURNAL OF THE OPTICAL SOCIETY OF AMERICA.VOLUME 54,No. 8 Aug 1964.

　　[3] CIE S 014-2:2007,Colorimetry-Part 2: CIE Standard Illuminants.

　　[4] CIE 165:2005 CIE 10 degree photopic photometric observer.

　　[5] CIE S 012/E:2004 Standard method of assessing the spectral quality of daylight simulators for visual appraisal and measurement of colour.

　　[6] CIE 018:2019 The basis of physical photometry 3rd Edition.

　　[7] T/CVIA 81-2021 显示产品视觉健康技术要求 第1部分:电子白板.