生物医学工程研究
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＢｉｏｍｅｄｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈ
２０１３，３２（４）：２１２～２１６
国家自然科学基金资助项目（６１１７１０５９）；国家自然科学基金资助项目（６１０７５１０７）；科技部十二五国家科技支撑计划课题（２０１２ＢＡＩ２３Ｂ０７）。
△通信作者 Ｅ－ｍａｉｌ：ｘｌｄｎｕａａ＠ｎｕａａ．ｅｄｕ．ｃｎ
对人体健康的影响
邢丽冬△，王笑，钱志余，金帅，李忠强，刘保玉
平面音响（南京航空航天大学自动化学院生物医学工程系，南京２１００１６）
摘要：针对３Ｄ影片中出现的背景视差过大是否会引起人体不适的问题，我们分析了２０名志愿者先后
观看明显含有背景视差过大的３Ｄ片段和不含背景视差过大的３Ｄ片段后Ｐ３００峰值和潜伏期的变化。发现志愿者在观看含有背景视差过大的３Ｄ片段后Ｐ３００的峰值略高于观看相应不含该问题的３Ｄ片段Ｐ３００的峰值，然而，观看含有背景视差过大的３Ｄ片段后Ｐ３００的潜伏期略低于观看相应不含背景视差过大的Ｐ３００的潜伏期。结合志愿者的主观评价，可以得出短时间内出现的背景视差过大不会导致人体不适。 关键词：３Ｄ影片参数；背景视差过大；舒适度；事件相关电位；Ｐ３００
中图分类号：Ｒ３１８ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２６２７８（２０１３）０４０２１２０５
ＴｈｅＥｆｆｅｃｔｏｆＥｘｃｅｓｓｉｖｅＢａｃｋｇｒｏｕｎｄＰａｒａｌｌａｘｆｒｏｍ
３ＤＦｉｌｍｂａｓｅｄｏｎＰ３００ｏｎＨｕｍａｎＤｉｓｃｏｍｆｏｒｔ
ＸＩＮＧＬｉｄｏｎｇ，ＷＡＮＧＸｉａｏ，ＱＩＡＮＺｈｉｙｕ，ＪＩＮＳｈｕａｉ，ＬＩＺｈｏｎｇｑｉａｎｇ，ＬＩＵＢａｏｙｕ
（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＢｉｏｍｅｄｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｅｒｏ
ｎａｕｔｉｃｓ＆Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００１６，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｅｘｐｌｏｒｅｗｈｅｔｈｅｒｔｈｅｅｘｃｅｓｓｉｖｅｂａｃｋｇｒｏｕｎｄｐａｒａｌｌａｘ（ＥＢＰ）ｃａｎｌｅａｄｔｏｈｕｍａｎｄｉｓｃｏｍｆｏｒｔ，２０ｖｏｌｕｎｔｅｅｒｓｐａｒｔｉｃｉｐａｔｅｄｉｎｔｈｉｓＰ３００ＥＲＰ（Ｅｖｅｎｔ－ＲｅｌａｔｅｄＰｏｔｅｎｔｉａｌ）ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ．Ｔｈｅｙｗｅｒｅａｓｋｅｄｔｏｗａｔｃｈｔｈｅ３ＤｓｅｇｍｅｎｔｗｉｔｈＥＢＰｆｉｒｓｔｌｙａｎｄｔｈｅｎｗａｔｃｈｔｈｅｓｅｇｍｅｎｔｗｉｔｈｏｕｔＥＢＰ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｅｄｔｈａｔＰ３００ａｍｐｌｉｔｕｄｅｔｈａｔｐｅｏｐｌｅｗａｔｃｈｅｄｔｈｅ３ＤｓｅｇｍｅｎｔｗｉｔｈＥＢＰｗａｓａｌｉｔｔｌｅｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｔｈｅ３ＤｓｅｇｍｅｎｔｗｉｔｈｏｕｔＥＢＰ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｒｅｗａｓｎｏｃｈａｎｇｅｉｎｄｅｌａｙｔｉｍｅ．Ｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｔｈｅｓｕｂｊｅｃｔｉｖｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆ２０ｖｏｌｕｎｔｅｅｒｓ，ｉｔｃａｎｂｅｃｏｎｃｌｕｄｅｄｔｈａｔｔｈｅｓｈｏｒｔ－ｔｉｍｅＥＢＰｃａｎｎｏｔｌｅａｄｔｏｔｈｅｈｕｍａｎｄｉｓｃｏｍｆｏｒｔ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：３ＤＦｉｌｍＰａｒａｍｅｔｅｒ；Ｅｘｃｅｓｓｉｖｅｂａｃｋｇｒｏｕｎｄｐａｒａｌｌａｘ；Ｄｉｓｃｏｍｆｏｒｔ；Ｅｘｃｅｓｓｉｖｅｂａｃｋｇｒｏｕｎｄｐａｒａｌｌａｘ；Ｐ３００
１ 引 言
随着３Ｄ技术的不断成熟，人们在享受３Ｄ影片带来的视觉盛宴的同时，发现人在观看３Ｄ影片后也会出现不同程度的眼疲劳、头晕、甚至呕吐等不适症状。如何避免或减少这种不适感的发生，成了近几年３Ｄ研究领域的一个热门话题。
２００８年Ｋｕｚｅ和Ｕｋａｉ从２７２名志愿者的主观问卷中得出，人们在观看３Ｄ影片后会产生明显的身
体不适［１］。Ｃｅｌｅｓｔｉｎｅ等［２］
通过让志愿者确定三维电
视上不同颜的球相对参考标记的位置，证实了随着三维电视景深的增加，视觉疲劳程度会显著上升。之后，Ｌａｍｂｏｏｉｊ提出对于静态的场景，人体不适可由屏幕视差偏移范围造成；而动态的场景产生的人体不适除了与屏幕视差范围有关外，还与物体在屏幕
上水平运动视差的改变密切相关［３］。除了对视差
方面的研究外，一些研究者还对观看环境，影片内容，观看时间长短，显示屏幕的大小以及串扰对观看
第４期邢丽冬，等：基于Ｐ３００的３Ｄ影片背景视差过大对人体健康的影响
者的影响进行了研究［２，４－６］
，发现这些因素都或多或
少的对人体产生了影响。除了用主观评价方法评价３Ｄ电视引起的疲劳外，研究者们还采取了一些客观方法对其进行研究。ＣｈｅｎＬｉｈａｉ等运用心理物理的方法与ＶＥＰ对比的方法对立体视觉进行了研究，发现Ｎ２峰和Ｐ３峰的潜伏期对判断体视存在具有重
要价值［７］。Ｈｙｕｎｇ等发现，人们在长时间观看３Ｄ影片后注意度下降，因而产生Ｐ７００［８］。Ｍｕｎ等同样
用ＳＳＶＥＰ和Ｐ６００证实了观看３Ｄ影片确实会使人
体产生疲劳［９］。
近几年国内也开始了对３Ｄ电影造成的不适进行研究，北京大学艺术学院的邱章红教授及其团队就影片制作中可能会出现的一些问题提出了中国３Ｄ立体影视健康安全标准测试序列，并对３Ｄ电影中可能使人体产生不适的一些３Ｄ影片参数制作出了相应的测试片源，本研究就影片中会出现的背景视差过大进行了研究，对比志愿者观看含有背景视差过大的３Ｄ片段和不含背景视差过大的３Ｄ片段后Ｐ３００峰值和潜伏期的变化，来确定背景视差过大是否会使人体产生不适。
所谓背景视差过大是指由于拍摄或后期处理原因导致图像中的主要物体离镜头过近，而背景离镜头过远的现象，以３Ｄ效果播放时，会使人们在观看时产生一种压迫感，
造成眼部不适。
图１ 背景视差过大测试片源样片
Ｆｉｇ１ Ｔｈｅｓａｍｐｌｅｏｆｅｘｃｅｓｓｉｖｅｂａｃｋｇｒｏｕｎｄｐａｒａｌｌａｘ
２ 研究方法
２．１ Ｐ３００原理
Ｐ３００通常是在靶刺激发生后３００ｍｓ左右的时间出现的一个波幅约为５～２０μＶ的正波（见图２），并且一般在Ｐｚ通道附近波幅最高。Ｐ３００的范式中任务的复杂度会影响Ｐ３００的潜伏期的大小，而人的
知觉和注意度则会影响Ｐ３００的波幅［１０］
。例如，科
学家们经过实验发现，随着大脑疲劳度的加深，
Ｐ３００的波幅会下降，潜伏期会增加［１１］
。自熟粉丝机
图２ Ｐ３００波形Ｆｉｇ２ ＴｈｅＰ３００ｗａｖｅ
２．２ Ｏｄｄｂａｌｌ范式
通常，Ｏｄｄｂａｌｌ范式是获得Ｐ３００成分的主要途径。经典的Ｏｄｄｂａｌｌ范式是指在一项实验中随机呈现同一感觉通道不同出现概率的两种刺激。出现概率大的刺激称为标准刺激，一般占所有刺激数量的８０％；出现概率小的刺激称为偏差刺激，也被称之为
靶刺激，一般出现概率为２０％［１２］
。本文中，我们将
宽１１３像素，高１７５像素，白字黑底的阿拉伯数字图片“２”和“８”随机呈现在１４寸的ＣＲＴ显示器上，其中，“２”作为靶刺激出现的概率为０．２，而“８”作为标准刺激出现的概率为０．８。每个刺激的呈现时间为５０ｍｓ，整个实验过程中显示器的背景为黑。相邻两个刺激间的时间间隔为１０００±２００ｍｓ内随机。志愿者需要在接收到靶刺激后尽快单击鼠标左键来做出响应。刺激前１００ｍｓ和刺激后７００ｍｓ的脑电数据用于叠加计算Ｐ３００成分，叠加的数据共３０个。２．３ 主观问卷
除了运用Ｐ３００的方法外，我们还对志愿者进行了主观问卷调查，以便记录志愿者在实验中各环节结束后的精神状态。问卷主要涉及志愿者当前眼部、头部等方面的感受。
３ 实验内容
存取一体机
机械原理模型
３．１ 实验准备
（１）志愿者
２０名健康男性志愿者参与了本次实验，右利手，年龄在２３～２５岁之间；具有正常的立体视觉功能，视力或矫正视力在４．８以上。
（２）实验片源
３
１２
生物医学工程研究第３２卷
含有背景视差过大的问题３Ｄ片段取自北京大学艺术学院的邱章红教授及其团队制作的中国３Ｄ立体影视健康安全标准测试序列的第一批测试序列片源；正常片段取自前期实验中观后感普遍反应较舒适
的影片“深海猎奇”中截取的相同时长且画面效果缓和的３Ｄ片段。影片片段时长均为２２０ｓ，格式为左右通道的ＭＰＥＧ，画面大小为１９２０×１０８０。
（３）实验设备
实验设备采用的是快门式海信液晶电视ＬＥＤ４６ＸＴ３９Ｇ３Ｄ及其配套的３Ｄ眼镜ＦＰＳ３Ｄ０２。脑电信号采集采用３２导联的Ｎｅｕｒｏｓｃａｎ脑电仪，电极选择国际标准的１０～２０导联，如图３所示，其中，３０个通道用于采集脑电信号；２个参考电极Ａ１、Ａ２为双侧乳突；另有４个通道用来采集水平眼电和垂直眼电。实验中各电极电阻均保持在３０ｋΩ以下。脑电采样频率为１０００Ｈｚ
。
图３ 脑电采集系统电极分布
Ｆｉｇ３ ＴｈｅｃｈａｎｎｅｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆＥＥＧａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ
（４）实验条件
实验安排在下午２点开始。为了避免光线对实验的干扰，实验选择在一间密闭的房间内进行，且室温保持在２４℃左右。实验前，志愿者被告知对头皮
进行清洁并保持良好的精神状态。所有志愿者均先被要求观看含有背景视差过大的问题３Ｄ片段和相应的正常３Ｄ片段，观看过程中各片段均为静音状态。
３．２ 实验流程
图４为实验流程图。志愿者在实验开始前按照实验要求先填写一张主观问卷，问卷填写完毕后，进行第一次Ｐ３００测试；之后，志愿者会观看一段问题３Ｄ片段；观看完毕后进行第二次Ｐ３００测试并进行主观问卷调查；再观看相应的正常３Ｄ片段；正常片段观看完毕后进行最后一次Ｐ３００测试及主观问卷
的调查。
图４ 实验流程图
Ｆｉｇ４ Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｆｌｏｗｃｈａｒｔ
３．３ 实验数据
实验中所有Ｐ３００脑电数据的采集和处理均使用Ｎｅｕｒｏｓｃａｎ脑电仪自带的Ｃｕｒｒｙ７软件。测得的原始信号经过去基线、工频陷波后提取０．５～３０Ｈｚ范
围内的脑电信号。将提取出的信号采用协方差的方法去除眼动伪迹，并剔出绝对值高于１００μＶ的坏区信号；把最终得到的纯脑电信号进行数据融合，观察Ｐｚ电极产生的Ｐ３００的各项参数，将得到的结果用ＳＰＳＳ１３．０进行统计分析。图５为数据经过处理后Ｐｚ通道得到的Ｐ３００
波形。
图５ 实验所得Ｐ３００波形
Ｆｉｇ５ ＴｈｅＰ３００ｗａｖｅａｃｑｕｉｒｅｄｆｒｏｍｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ
４ 实验结果分析与讨论
４．１ 实验结果分析
图６是每位志愿者在看含有背景视差过大的３Ｄ片段后和不含该问题的正常片段后Ｐ３００的峰值和潜伏期变化。从图６（ａ）中我们可以看出，６０％的志愿者在观看含有背景视差过大的３Ｄ片段后Ｐ３００
的峰值均略高于观看不含该问题的正常片段后Ｐ３００的峰值，幅度约为１μＶ见图７（ａ）；然而在潜伏期上，图６（ｂ）显示仅有５０％的志愿者在观看含有背景视差过大的３Ｄ片段后的Ｐ３００的潜伏期比观看不含该问题的Ｐ３００的潜伏期长，主要集中在１００ｍｓ以内图７（ｂ）。
４
１２
第４期邢丽冬，等：基于Ｐ３００的３
Ｄ影片背景视差过大对人体健康的影响
（ａ
）
（ｂ）
图６ ２０名志愿者观看背景视差过大问题片段后和正常片段后Ｐ３００的变化趋势
（ａ）Ｐ３００峰值；（ｂ）Ｐ３００潜伏期
Ｆｉｇ６ ＴｈｅＰ３００ｗａｖｅｃｏｍｐａｒｉｓｏｎａｆｔｅｒｐｅｏｐｌｅｗａｔｃｈｉｎｇｔｈｅ３Ｄｓｅｇｍｅｎｔｗｉｔｈｅｘｃｅｓｓｉｖｅｂａｃｋｇｒｏｕｎｄｐａｒａｌｌａｘａｎｄｔｈｅ
３Ｄｓｅｇｍｅｎｔｗｉｔｈｏｕｔｅｘｃｅｓｓｉｖｅｂａｃｋｇｒｏｕｎｄｐａｒａｌｌａｘｏｆ２０ｖｏｌｕｎｔｅｅｒｓ
（ａ）Ｐ３００ａｍｐｌｉｔｕｄｅ；（ｂ）Ｐ３００ｄｅｌａｙｔｉｍ
ｅ
（ａ
）
（ｂ）
图７ ２０名志愿者观看背景视差过大问题片段后和正常片段后Ｐ３００的相对变化趋势（ａ）２０名志愿者Ｐ３００峰值的相对变化趋势；（ｂ）２０名志愿者Ｐ３００潜伏期的相对变化趋势
Ｆｉｇ７ ＴｈｅｒｅｌａｔｉｖｅｃｈａｎｇｅｏｆＰ３００ｗａｖｅａｆｔｅｒｐｅｏｐｌｅｗａｔｃｈｉｎｇｔｈｅ３Ｄｓｅｇｍｅｎｔｗｉｔｈｅｘｃｅｓｓｉｖｅｂａｃｋｇｒｏｕｎｄｐａｒａｌｌａｘａｎｄ
ｔｈｅ３Ｄｓｅｇｍｅｎｔｗｉｔｈｏｕｔｅｘｃｅｓｓｉｖｅｂａｃｋｇｒｏｕｎｄｐａｒａｌｌａｘｏｆ２０ｖｏｌｕｎｔｅｅｒｓ
（ａ）ｔｈｅｒｅｌａｔｉｖｅｃｈａｎｇｅｏｆＰ３００ａｍｐｌｉｔｕｄｅｏｆ２０ｖｏｌｕｎｔｅｅｒｓ；（ｂ）ｔｈｅｒｅｌａｔｉｖｅｃｈａｎｇｅｏｆＰ３００ｄｅｌａｙｔｉｍｅｏｆ２０ｖｏｌｕｎｔｅｅｒｓ
图８ａ为２０名志愿者分别观看含有背景视差过大的问题３Ｄ片段后和不含该问题的正常片段后Ｐ３００的峰值的平均值。从图中可以看出，观看含有
背景视差过大的３Ｄ片段后Ｐ３００的峰值略高于观看相应不含该问题的３Ｄ片段，其中，观看含有
蚀刻液再生
背景视差过大的３Ｄ片段后Ｐ３００的峰值大概为５．５５μ
Ｖ，而不含该问题的Ｐ３００峰值约为５．３８μＶ。从潜伏期上看，观看含有背景视差过大的３Ｄ片段后
的潜伏期略低于观看相应不含该问题的３Ｄ片段的潜伏期，其潜伏期分别约为４２５ｍｓ和４２９ｍｓ（见图８ｂ）。统计分析显示，不论是Ｐ３００峰值还是潜伏
期，均无明显的差异性（Ｐ＞０．０５）。从图８中我们还可以发现，相对观看不含背景视差过大的正常３Ｄ片段，观看含有背景视差过大的３Ｄ片段后的Ｐ３００成分在潜伏期上有相对较小的波动范围，但是在峰值上，波动范围相对较大。
５
１２
生物医学工程研究第３２卷
从主观问卷反应来看，大多数志愿者反应几乎没有不适感产生，仅有个别志愿者出现了眼部不适的症状，但均不严重，表示无过分视觉障碍。
（ａ
）
（ｂ）
图８ ２０名志愿者观看背景视差过大问题片段后和正常片段后
Ｐ３００均值对比
（ａ）Ｐ３００峰值；（ｂ）Ｐ３００潜伏期
Ｆｉｇ８ ＴｈｅａｖｅｒａｇｅＰ３００ｖａｌｕｅｏｆ２０ｖｏｌｕｎｔｅｅｒｓａｆｔｅｒｔｈｅｙｗａｔｃｈｉｎｇ
ｔｈｅ３Ｄｓｅｇｍｅｎｔｗｉｔｈｅｘｃｅｓｓｉｖｅｂａｃｋｇｒｏｕｎｄｐａｒａｌｌａｘａｎｄｔｈｅ３Ｄｓｅｇｍｅｎｔｗｉｔｈｏｕｔｅｘｃｅｓｓｉｖｅｂａｃｋｇｒｏｕｎｄｐａｒａｌｌａｘ
（ａ）Ｐ３００ａｍｐｌｉｔｕｄｅ；（ｂ）Ｐ３００ｄｅｌａｙｔｉｍｅ
４．２ 讨论
张崇等发现随着大脑疲劳度的加深，Ｐ３００的波
幅会下降，潜伏期会增加［１１］
，然而从实验的结果我
们发现，观看含有背景视差过大的３Ｄ片段后Ｐ３００的峰值略高于观看相应不含该问题的正常３Ｄ片段，并且观看含有背景视差过大的３Ｄ片段后Ｐ３００的潜伏期相对观看相应不含该问题的正常３Ｄ片段
稍有缩短，这与张崇等［１１］得出的测量疲劳的结论是相反的。以上结果说明背景视差过大在短期内不会
给人体带来疲劳感；从２０位志愿者的主观问卷来看，仅有个别志愿者在观看含有背景视差过大的３Ｄ片段后眼部会稍有不适，但也不是特别明显，由于观影的持续时间仅为２２０ｓ，因此，可以推断影片中出现短时间的背景视差过大不会使人体产生不适。然而，随着时间的积累，持续性的背景视差过大也许会
使人体产生不适，但是究竟多长持续时间的背景视
差过大可以给人体带来不适仍需进一步的探索。从２０名志愿者个人的变化情况来看，仅６０％的志愿者在观看含有背景视差过大的３Ｄ片段后Ｐ３００的峰值均略高于观看不含该问题的正常片段后Ｐ
３００的峰值；５０％的志愿者在观看含有背景视差过大的３Ｄ片段后的Ｐ３００的潜伏期比观看不含该问题的正常片段后Ｐ３００的潜伏期要长，可见，个体对背景视差过大的反应相对比较平均，没有明显的一致性。
除了对Ｐ３００的峰值和潜伏期进行分析，我们也对志愿者在观看问题片段和正常片段后Ｐ３００的错误率进行了分析。我们发现志愿者在观看问题片段后出现的错误率要略高于观看正常片段后出现的错误率，但统计分析显示，此结果并不具有统计意义（Ｐ＞０．０５）。
本研究Ｐ３００的各项参数均由理论上反应最明显的Ｐｚ通道获得，但也可以尝试通过观察Ｏｚ、Ｆｃｚ、Ｃｐｚ等其他相关通道Ｐ３００的变化情况进行分析，或许可以得到更好结果。
pvb边角料５ 结论
从以上研究结果中可以发现３Ｄ影片中出现的
背景视差过大在短期内不一定会对人体产生影响。虽然志愿者在观看含有背景视差过大的３Ｄ片段后Ｐ３００的峰值略高于观看相应不含该问题的３Ｄ片段，但在潜伏期上，观看含有背景视差过大的３Ｄ片段后Ｐ３００的潜伏期相对观看相应不含该问题的正常３Ｄ片段稍有缩短；再结合２０名志愿者的主观评价情况，我们发现在３Ｄ影片中出现短时间的背景视差过大几乎不会对人体产生不适。
虽然背景视差过大几乎不会对人体不适产生影响，但是还是有部分人在观看后会产生轻微的不适症状，这说明人体自身对背景视差过大有一定的调节能力，但是不同的人对背景视差过大的调节能力是不同的。虽然接受一定时间范围内的背景视差过大的刺激不会使人感到太多不适，但是随着时间的积累，这种不适可能会越来越明显，倘若能在今后的３Ｄ影片制作中采取一些手段避免或减少该现象，则应当尽量减少该效应在影片中的出现时间。
参考文献：
［１］ＫｕｚｅＪ，ＵｋａｉＫ．Ｓｕｂｊｅｃｔｉｖｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｖｉｓｕａｌｆａｔｉｇｕｅｃａｕｓｅｄｂｙ
ｍｏｔｉｏｎｉｍａｇｅｓ［Ｊ］．Ｄｉｓｐｌａｙｓ，２００８，２９（２）：１５９－１６６．
（下转第２２３页）
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