T/CVIA 81.4-2025 显示产品视觉健康技术要求 第4部分：头戴式虚拟现实（VR）设备

　　团 体 标 准

　　T/CVIA 81.4-2025

　　显示产品视觉健康技术要求

　　第 4 部分：头戴式虚拟现实(VR)设备

　　Technical requirements of display products for visual health

　　Part 4: Head mounted virtual reality (VR) displays

　　2025-03-20 发布 2025-03-20 实施

　　中国电子视像行业协会 发布

　　目 次

　　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。

　　本文件是T/CVIA 81《显示产品视觉健康技术要求》的第4部分。《显示产品视觉健康技术要求》计划发布以下部分：

　　——第 1 部分：电子白板;

　　——第 2 部分：智能液晶电视;

　　——第 3 部分：教育平板电脑;

　　——第4部分：头戴式虚拟现实(VR)设备。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件发布机构不承担识别这些专利的责任。

　　本文件由中国电子视像行业协会提出并归口。

　　本文件主要起草单位：杭州三泰检测技术有限公司、歌尔股份有限公司、浙江智慧健康照明研究中心、中国标准化研究院、浙江三色光电技术有限公司、维沃移动通信有限公司、OPPO广东移动通信有限公司、惠州仲恺高新区LED品牌发展促进会、中国光学光电子行业协会发光二极管显示应用分会、广东聚华新型显示研究院、南昌VR研究院。

　　本文件主要起草人：吴程洋、牟希、刘希琛、任红恩、张运红、牟同升、王欣越、郝亚斌、冯晓曦、彭健锋、董敏、贾峥、陈威、周可远、成森继、洪震、王瑞、新其铭、霍英东、张金国。

　　引言

　　头戴式虚拟现实(Virtual Reality, VR)设备在娱乐、教育、工业、军事以及医疗等诸多领域具有广阔的应用前景。

　　VR设备在给用户带来沉浸感体验的同时其视觉健康问题也备受关注，如某些产品在使用中可能出现眩晕、头痛、恶心、眼睛干涩，甚至复视、流泪、眼胀痛、生理紊乱、精力无法集中等症状。这些视觉健康问题往往与VR设备的光学性能和图像质量相关。本文件中的视觉健康是广义上通过眼睛作用产生的健康影响;如何从物理指标的角度对VR设备提出相应的技术要求，促进生产制造商改进产品质量，指导用户正确地选择产品，从而减少VR设备对视觉健康的影响，是本文件的主要目的。

　　《显示产品视觉健康技术要求 第 4 部分：头戴式虚拟现实(VR)设备》由中国电子视像行业协会视觉健康分会负责编制。本文件结合现有科技水平和当前产业发展现状，从视觉相关的光学指标对头戴式 VR 设备进行规范;定义了光学性能、图像质量以及双目特性等参数。

　　显示产品视觉健康技术要求

　　第 4 部分：头戴式虚拟现实(VR)设备

　　1 范围

　　本文件规定了头戴式虚拟现实(VR)设备与视觉健康相关的光学性能、图像质量、双目特性等技术指标要求。

　　本文件适用于显示虚拟图像的头戴式 VR 设备，作为产品设计、质量测评的依据。头戴式增强现实(AR)和混合现实(MR)等设备可以参考使用。

　　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 10000—2023 中国成年人人体尺寸

　　IEC 63145- 1-2: 2022 眼戴显示 第1-2部分：术语

　　IEC 63145-20- 10: 2019 眼戴显示 第20- 10部分：基本测量方法 光学性能

　　IEC 63145-20-20: 2019 眼戴显示 第20-20部分：基本测量方法 图像质量

　　IEC 61747-30-4: 2016 液晶显示器件 第30-4部分：液晶显示模块的测试方法 动态背光组件

　　3 术语和定义

　　IEC 63145- 1-2: 2022、IEC 63145-20- 10: 2019和IEC 63145-20-20: 2019界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

　　3.1

　　虚像距 virtual-image distance

　　从眼睛的瞳孔中心到虚拟图像之间的距离。

　　3.2

　　亮度均匀性 virtual-image luminance uniformity

　　虚拟图像上各个区域显示亮度的一致程度。

　　3.3

　　色度均匀性 virtual-image chromaticity uniformity

　　虚拟图像上各个区域显示颜色的一致程度。

　　3.4

　　像素峰值亮度比 perceived pixel luminance ratio

　　感知的像素峰值亮度与虚拟图像平均亮度之比。

　　3.5

　　屈光度 diopter

　　VR设备光学系统对虚拟图像光线的会聚能力。也即为虚拟图像聚焦距离(虚像距)的倒数。

　　3.6

　　光学畸变 optical distortion

　　显示的虚拟图像在用户视野中发生几何位置的改变。也称位置畸变。

　　3.7

　　色分离 Colour registration error

　　通过虚拟现实头戴式显示设备光学系统观察图像像元产生的图像时，产生的不同颜色分离及色彩失真的程度。

　　3.8

　　生理刺激值 circadian stimulus value;CS

　　夜间光辐射影响人体内分泌(例如褪黑素分泌等)所对应的光辐射量值。

　　3.9

　　闪烁度 flicker

　　图像的亮度随时间周期性变化而被人视觉所察觉的程度，通常以最明显的周期性变化频率和变化幅度来表示。

　　3.10

　　双目图像一致性 binocular consistency of image

　　左眼图像与右眼图像的一致程度。

　　3.11

　　次像 secondary image

　　由于内部光学元件的透/反射，在视场看到重叠的次生图像，也称为鬼影。通常用次像亮度比(次像亮度与主像亮度之比)和次像位置偏移来表示。

　　4 技术要求

　　4.1 概述

　　基于VR设备的设计和质量测评需要，本文件从光学特性参数、图像质量参数、双目特性参数三个方面提出技术要求。详细的技术说明见附录A，各参数对视觉健康的影响程度见附录B。

　　按照目前VR设备的现有技术和应用情况，本文件将VR设备划分为三个等级。1级为体现产品视觉健康的最高要求，2级为体现产品视觉健康的一般要求，3级为体现产品视觉健康的最低要求。

　　4.2 光学特性

　　为实现VR设备的视觉健康要求，从光学特性考虑视觉健康的参数主要有：亮度、FOV、眼盒以及像素角密度等九项参数。其中三个等级VR设备的光学特性参数要求见表1。

　　表 1 光学特性参数

　　4.3 图像质量

　　为实现VR设备的视觉健康要求，从图像质量考虑，影响视觉健康的参数主要有次像、MTF、像素峰值亮度比、闪烁度、运动图像延迟等，三个等级VR设备的相关图像质量参数的要求见表2。

　　表2 图像质量参数

　　表2 图像质量参数(续)

　　4.4 双目特性

　　为实现VR设备的视觉健康要求，从双目特性考虑，影响视觉健康的参数主要有双目视轴差、双目色度差、双目亮度差、虚像距差、双目对比度差和双目几何失真差，三个等级VR设备的相关双目特性参数的要求见表3。

　　表 3 双目特性参数

　　附 录 A (资料性)技术说明

　　A.1 亮度

　　根据IEC 63145-20- 10 ，亮度可直接通过测量5 × 5白色中心棋盘格虚拟图案上的标准测量点位置Pi (i = 0 ~ 8)处的亮度得到。亮度过小会造成虚拟图像过暗，长时间观看亮度不高的图像会导致视力疲劳。

　　A.2 FOV

　　根据IEC 63145-20- 10和IEC 63145-20-20 ，FOV为测试图形50 %中心亮度(色度、对比度或者迈克尔逊对比度)所围成的区域。FOV包括单目FOV、双目FOV以及双目总FOV。其中单目FOV表示单眼的FOV大小;双目FOV表示左眼FOV和右眼FOV的重叠区域，该区域能够产生立体视觉;双目总FOV表示左眼FOV和右眼FOV的总叠加区域。本文件提及的FOV是以亮度为标准的单目FOV。

　　A.3 眼盒

　　根据IEC 63145-20- 10，眼盒大小可通过测量全白场图形50 %中心亮度所围成的区域得到;根据IEC 63145-20-20，眼盒大小也可通过测量迈克尔逊对比度来确定。眼盒过小会导致无法观看到完整图像或者用户的眼睛无法随意转动，眼盒过大会导致观看到的虚拟图像亮度降低。

　　A.4 像素角密度

　　根据IEC 63145-20- 10，像素角密度可通过测量纯色图像一定区域内的像素数量计算得到，人眼的极限分辨角在1/60度左右，故而像素角密度过低会导致纱窗效应愈加明显。

　　A.5 瞳距

　　VR设备的瞳距(IPD)设计影响观看体验。实验研究表明，当头戴式VR显示的IPD值与用户实际IPD值偏差范围超过± 5 %时，会很容易出现眩晕等不适症状;当偏差范围超过± 10 %时，会明显出现重影、变形等;偏差范围超过± 15 %时，观看3D片源则会出现不容易对焦情况;当偏差范围超过± 20 %时将会全面影响用户的舒适性、清晰度。因此，头戴式VR显示的IPD值与用户实际的IPD值偏差不宜超过± 20 %，最好控制在± 5 %以内。

　　根据GB/T 10000—2023，中国成年人的瞳孔间距数据见表A.1：

　　表 A.1 中国成年人瞳孔间距数据结果

　　单位为mm

　　A.6 屈光度

　　VR设备的屈光度即虚像距的倒数，根据IEC 63145-20-20，VR设备的虚像距可通过测量主光轴方向上的不同位置处的迈克尔逊对比度来确定。如果屈光度设置不当，睫状肌在调节虚拟图像聚焦时的距离会与双目立体影像形成的距离之间产生冲突从而导致眼睛疲劳、视力下降，甚至出现近视等眼部问题。将VR设备的屈光度调节至合适的大小可以确保用户在观看虚拟图像时，眼睛不会感到过度的压力或疲劳。同时为了满足近视以及远视人群的需要，VR设备的屈光度需要在一定范围内可调。

　　A.7 夜间模式

　　夜间VR虚拟图像光照对人的生理影响可以通过生理刺激值(CS)来量化，其生理作用主要来自于人眼视网膜上的神经节光感细胞(ipRGC)对短波长蓝光光辐射的响应，同时也与视觉通道的参数有密切关系。生理刺激的评价方法考虑光谱分布对抑制褪黑素分泌的影响，CS值越大表示对褪黑素分泌抑制越强。

　　A.8 刷新率

　　刷新率测量的是VR显示设备在一秒钟内可以更新的虚拟图像次数。刷新率越高，显示的图像越流畅。从视觉角度来看，人的眼睛不容易察觉75 Hz以上刷新频率带来的闪烁感。一般来说，高刷新率可以提供相对流畅的视觉体验，有助于减少眼睛疲劳;低刷新率则可能导致图像更新速度过慢，引起眼睛的不适感。

　　A.9 色域

　　根据IEC 63145-20- 10，色域可通过测量亮度相同时纯色图像(白色、红色、绿色和蓝色)的色度坐标计算得到。色域是指VR设备所能表达的颜色范围，色域覆盖率(NTSC)定义为色域相对于CIE 1976 UCS中整个光谱轨迹所包围的颜色空间面积的百分比。

　　A.10 亮度均匀性

　　根据IEC 63145-20- 10 ，亮度均匀性可通过测量5 × 5白色中心棋盘格虚拟图案上的标准测量点位置Pi(i= 0 ~ 8)处的亮度计算得到。当VR设备的亮度均匀性较差时，用户的眼睛需要频繁调整瞳孔等组织以适应不同亮度的区域，这会导致视力疲劳。长时间处于这种状态，可能引发模糊视觉、眼睛干涩、眼睛酸痛、头疼等不适感。

　　A.11 色度均匀性

　　根据IEC 63145-20- 10 ，色度均匀性可通过测量5 × 5白色中心棋盘格虚拟图案上的标准测量点位置Pi(i= 0 ~ 8)处的色度计算得到。当VR设备的色度均匀性较差时，用户的眼睛需要频繁适应色彩变化过大的区域，这会导致视力疲劳。

　　A.12 光学畸变

　　IEC 63145-20-20规定了全屏畸变和位置畸变的测量方法，本文件提到的畸变为全屏畸变。光学畸变会使用户在通过VR眼镜观看时，眼睛看到的图像与大脑预期的图像不一致，导致大脑在处理这些信息时产生冲突，这会加剧VR体验中的不适感，如头晕、恶心等。

　　A.13 色分离

　　IEC 63145-20-20规定了色分离的测量方法。色分离使得一个像素白点通过VR镜头之后，其RGB三原色在视网膜上不同位置成像，在视觉感知中该像素白点分离为RGB三个的像素点，这会造成用户在感知上的冲突，加剧VR体验中的不适感。

　　A.14 次像

　　次像是否会导致视觉疲劳主要由次像的亮度以及次像偏离主像的距离决定的。若次像偏离主像距离大于一个像素的同时次像的亮度较高则会导致视觉疲劳。

　　A.15 MTF

　　MTF是指成像再现物体的细节对比度的程度，MTF曲线图通常横坐标表示空间频率(线对/度)，纵坐标表示MC对比度。这条曲线展示了随着空间频率的增加，VR显示系统显示不同密度条纹对比度的能力如何变化。本文件中MTF表示线对的调制对比度为0.25时对应的线对数。

　　A.16 像素峰值亮度比

　　像素峰值亮度比是指在眼点位置以(1/60)° 的视角观察到虚拟图像的平均亮度与整幅虚拟图像的平均亮度之比。像素峰值亮度比的比值过高会导致部分视网膜上的感光细胞承受较大的刺激，这会造成视力损伤。

　　A.17 图像对比度

　　根据IEC 63145-20- 10，图像对比度指的是在5 × 5白色中心棋盘格虚拟图案的标准测量点位置Pi(i= 0 ~ 8)处测量的亮度值LWi与在5 × 5黑色中心棋盘格虚拟图案的标准测量点位置Pi(i= 0 ~ 8)处测量的亮度值LBi 的比值。图像对比度的值过低会使得用户观看到的虚拟图像模糊，长时间观看不清晰的图像会加剧视觉疲劳。

　　A.18 闪烁度

　　根据IEC 63145-22-20闪烁度可以通过测量递增窗口图案中心亮度的变化计算得到，闪烁度越高虚拟

　　图像亮度变化越快，一般来说，当VR设备的闪烁度大于8 %时会对用户视觉健康造成不利影响。

　　A.19 运动图像延迟

　　运动图像延迟一般测量的是用户配戴VR时从发生动作到该动作触发的反馈显示在显示屏上的时间，当运动图像延迟高于20 ms时，会导致用户眩晕和恶心。

　　A.20 双目视轴差

　　VR用户在使用产品时，由于左右眼画面位置的差异造成左右眼视轴在水平方向和垂直方向上轴线的差异。水平方向的差异成为水平度会聚角，水平度会聚角的大小与双目融合距离有关;当双目合像为无穷远时，水平度会聚角为0;双目合像距离不超过1.5 m时，人眼会很容易感到疲劳，水平会聚角一般不超过70,，垂直方向的差异为垂直度发散角，垂直度发散角会造成视觉疲劳甚至重影，当垂直度发散角不超过5, ~ 10,时，人眼没有任何不适感;当垂直度发散角超过35,时，人眼很容易会有疲劳感。

　　A.21 双目色度差

　　双目色度差是指用户左右眼观看到的虚拟图像色度不一致，色度差异过大会造成双目在颜色上的争夺，带来画面颜色的变化，一般来说双目色度差异在0.02以内即可。

　　A.22 双目亮度差

　　双目亮度差是指用户左右眼观看到的虚拟图像亮度不一致，亮度差异不是造成观看不适的主要原因，一般来说双目亮度差异在25 %，甚至在50 %以内，视觉系统都会对双目亮度进行平均，视像亮度对应于平均亮度。

　　A.23 虚像距差

　　虚像距差是指 VR 设备设置的左右眼虚像距不一致，人眼双目只能对焦在同一个平面，当双目对焦在不同焦面时，双目在对焦距离上会进行争夺，带来视觉的疲劳感;当双目的虚像距差异在 0.125 D 以内时，人眼感觉不到异样;当虚像距差异超过 0.3 D 时，人眼很容易产生疲劳感。

　　A.24 双目对比度差

　　双目对比度差是指用户左右眼观看到的虚拟图像对比度不一致，对比度差异不是造成观看不适的主要原因，一般来说双目对比度差异在10 % ~ 20 %以内，视觉系统都会对双目对比度进行平均。

　　A.25 双目几何失真差

　　双目显示的图像，几何放大倍率差异在2 %以内，人眼无任何感觉;当大于2 %时，双目看到的图像不一致，会产生重影。

　　附 录 B

　　(资料性)

　　各参数对视觉健康影响的重要程度

　　本文件规定的参数对视觉健康的影响程度不同，表B. 1给出了各参数对视觉健康影响的重要程度，当综合分析产品在视觉健康方面的性能时，本附录的信息可作为参考。

　　表 B.1 各参数对视觉健康影响的重要程度

　　表 B.1 各参数对视觉健康影响的重要程度(续)

　　参 考 文 献

　　[ 1] Mou, Xi, Mou, Tongsheng, and Jiang, Yong. "Invited Paper: Measurement of Perceived Pixel Luminance of Large LED Displays." SID Symposium Digest of Technical Papers 53(S1) (2022): 174- 177. DOI: 10.1002/sdtp.15884.

　　[2] J.-P. Stauffert, F.Niebling and M.E. Latoschik, "Simultaneous Run-Time Measurement of Motion-to-Photon Latency and Latency Jitter," IEEE Conference on Virtual Reality and 3D User Interfaces (VR) (2020): 636-644. DOI: 10.1109/VR46266.2020.00086.

　　[3] Aizenman, Avi M., Koulieris, George A., Gibaldi, Agostino, Sehgal, Vibhor, Levi, Dennis M., and Banks, Martin S. "The Statistics of Eye Movements and Binocular Disparities during VR Gaming: Implications for Headset Design." ACM Transactions on Graphics 42(1) (2022): 1- 15. DOI: 10.1145/3549529.