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随着信息产业的发展，显示器件在材料与设计工艺等核心技术上取得了巨大的突破。其中，基于薄膜晶体管（Thin-Film Transistors，TFT）技术的显示器件随着TFT技术和相关材料性能的提高，器件性能不断向着高分辨率、高动态范围（High Dynamic Range，HDR）、大色域和高刷新率方向高速发展。从视觉设计层面来看，柔性显示初期阶段的曲面显示技术已经商用化，并且向趋于成熟的真正柔性显示技术发展。
在如今的信息化时代，通过显示器件再现的信息形态已经从以文本为核心的静态图像转变为以视频和游戏为代表的动态图像。因此，显示器件的质量和性能将对包含文本工作、信息交换、游戏等应用工作产生巨大的影响。为了更加直接地体现观看者的主观感受，显示产品的质量和性能评价应该以使用者（观看者）为中心进行，但是目前大部分的显示器件以生产者为中心进行评价。所以为了满足消费者的实际需求，显示产品的评价方式应转变为基于消费者实际使用环境中的视觉感官体验。因此，在现代显示器设计生产中，特别是针对柔性显示和 高动态范围显示等先进显示技术，从人因工程学的角度通过对感知画质、视觉工作执行度、视疲劳度等方面对器件表现进行研究具有很大的意义。本论文立足于新型显示技术，全方位研究显示器曲率、光亮度（Luminance）、响应速度等屏幕参数对人类视觉工作执行度、视疲劳度、感知画质等评价参数的影响，以及基于人眼感知亮度的高动态范围技术中技术评估方法的开发和影像处理研究。本论文的主要工作与成果可以归结为以下五个方面：
第一、采用人因功效研究分析了弯曲的计算机显示器的曲率对用户在执行视觉任务过程中影响，设计提出了实验方案和评价方法及参数，得出的屏幕曲率变化对视觉性能、疲劳和情感图像质量的影响差异。对曲面显示器的特性进行了比较并分析了不同的曲率，以调查曲面显示器与平板显示器相比在使用便利性方面是否显示出改进。评估后的显示器的视觉性能结果可根据其响应时间分为三组，即（2000R=2500R）>（3000R）>（3800R=4500R=平面）。在搜索任务期间，平均瞳孔大小的视疲劳结果对于平板而言为3.468毫米，对于2000R为3.355毫米。这意味着在执行相同的视觉搜索任务时，发现2000R曲面显示器比平面显示器更易于使用，因此产生的视疲劳更少。其实验结果为凹型曲面显示提供了设计参考与特征参数标准。结果还表明，随着曲率的增加，视觉表现改善，视疲劳显著降低。在这项研究中，当考虑到34英寸21:9弯曲显示器的图像失真时，导出了 1700R 的曲率极限，并且发现在大于 2000R 的曲率下，感知画质质量没有差异。
第二、根据在显示屏周边视觉（Peripheral Vision）的光亮度和刺激大小对视亮度（Brightness）视觉感知实验，得出感知亮度随周边视觉场亮度的变化关系。之前已经有大量的研究工作通过改善显示器的亮度来提高显示器的感知亮度。但是，研究表明，人类视觉系统（Human Visual System，HVS）不仅受屏幕物理亮度的影响，还受其他因素的影响，例如对周围亮度的适应性。因此，仅提高最大显示亮度不是最佳解决方案。在第二项研究中，我们使用史蒂文斯的亮度函数，研究了周边视觉的光亮度（PVL）水平和视场角（FOV）对观察者感知的显示器亮度的影响，而与适应周围亮度无关。对实验结果的分析表明，感知到的显示器亮度与显示器上的周边视觉觉亮度水平成反比。虽然FOV的增加导致绝对亮度值的增加，但是它减小了PVL对感知的显示器亮度的影响。这项研究的结果将为优化图像信号的显示规格提供有用的基础数据。
第三、研究动态图像在不同显示屏幕上视觉工作的完成情况，提出了有效的功效评价方案，并研究对比了在观看运动图片时 4K 有机发光二极管（OLED）和液晶显示器（LCD）电视对视觉任务性能和疲劳的影响。在实验中，要求受试者在四种运动态图像速度，屏幕图标总数276个中定位35个图标。结果表明与LCD电视（非自发光型）相比，OLED电视（自发光型）在命中率和误报率方面具有优越性。为确定疲劳水平而进行的模拟器疾病调查表的评估结果还表明，与 LCD 电视相比，OLED 电视在 10ppf （pixel per frame）或更高的快速运动态图像速度下诱发的疲劳相对较少。因此，这项研究证实，鉴于其超快的响应时间特性，OLED 电视在运动图像方面优于 LCD 电视。该方案可以有效的适用于不同类型显示的评测。
第四、基于人眼感知亮度的高动态范围技术评估和测量方法的开发，得到了最佳显示器的动态范围，提出了高动态范围技术评估方法并已写入国际和国内标准化文件。人眼实际所能感受到的光亮度范围非常大（约为10-3cd/m2~106cd/m2），但是目前现有的显示器上只能显示出比人眼实际看到的值小的标准动态范围（Standard Dynamic Range， SDR），高动态范围技术的开发可进一步满足视觉感受效果。因此，评估高动态范围的动态范围的本质很重要，必须使用新方法来评估这些技术。本研究提出新的高动态范围显示屏评价方法，创新性和再现性得到认可，于 2019 年已经写入在中国国家电子行业标准和IEC国际标准中。
第五、基于人眼亮度的感知特性，优化了视频处理功能设计在实现高动态范围同时具有出色的低灰度和色彩表现。现有的图像处理功能使用平均图片级别（ Average Picture Level，APL）来扩展输入图像的动态范围。但是，这种方法没有根据图像的灰度分布显示出应用效果，会出现削波问题。因此，本研究提出了一种功能，以有效地将图像的分布扩展到低和高灰度级，从而最小化灰度级的饱和度。实验证实通过图像渲染提出的新功能具有很高的图像动态范围，并可以进一步扩展，从而实现不但具有高动态范围而且具有出色的低灰度和色彩表现效果。
在如今的信息化时代，通过显示器件再现的信息形态已经从以文本为核心的静态图像转变为以视频和游戏为代表的动态图像。因此，显示器件的质量和性能将对包含文本工作、信息交换、游戏等应用工作产生巨大的影响。为了更加直接地体现观看者的主观感受，显示产品的质量和性能评价应该以使用者（观看者）为中心进行，但是目前大部分的显示器件以生产者为中心进行评价。所以为了满足消费者的实际需求，显示产品的评价方式应转变为基于消费者实际使用环境中的视觉感官体验。因此，在现代显示器设计生产中，特别是针对柔性显示和 高动态范围显示等先进显示技术，从人因工程学的角度通过对感知画质、视觉工作执行度、视疲劳度等方面对器件表现进行研究具有很大的意义。本论文立足于新型显示技术，全方位研究显示器曲率、光亮度（Luminance）、响应速度等屏幕参数对人类视觉工作执行度、视疲劳度、感知画质等评价参数的影响，以及基于人眼感知亮度的高动态范围技术中技术评估方法的开发和影像处理研究。本论文的主要工作与成果可以归结为以下五个方面：
第一、采用人因功效研究分析了弯曲的计算机显示器的曲率对用户在执行视觉任务过程中影响，设计提出了实验方案和评价方法及参数，得出的屏幕曲率变化对视觉性能、疲劳和情感图像质量的影响差异。对曲面显示器的特性进行了比较并分析了不同的曲率，以调查曲面显示器与平板显示器相比在使用便利性方面是否显示出改进。评估后的显示器的视觉性能结果可根据其响应时间分为三组，即（2000R=2500R）>（3000R）>（3800R=4500R=平面）。在搜索任务期间，平均瞳孔大小的视疲劳结果对于平板而言为3.468毫米，对于2000R为3.355毫米。这意味着在执行相同的视觉搜索任务时，发现2000R曲面显示器比平面显示器更易于使用，因此产生的视疲劳更少。其实验结果为凹型曲面显示提供了设计参考与特征参数标准。结果还表明，随着曲率的增加，视觉表现改善，视疲劳显著降低。在这项研究中，当考虑到34英寸21:9弯曲显示器的图像失真时，导出了 1700R 的曲率极限，并且发现在大于 2000R 的曲率下，感知画质质量没有差异。
第二、根据在显示屏周边视觉（Peripheral Vision）的光亮度和刺激大小对视亮度（Brightness）视觉感知实验，得出感知亮度随周边视觉场亮度的变化关系。之前已经有大量的研究工作通过改善显示器的亮度来提高显示器的感知亮度。但是，研究表明，人类视觉系统（Human Visual System，HVS）不仅受屏幕物理亮度的影响，还受其他因素的影响，例如对周围亮度的适应性。因此，仅提高最大显示亮度不是最佳解决方案。在第二项研究中，我们使用史蒂文斯的亮度函数，研究了周边视觉的光亮度（PVL）水平和视场角（FOV）对观察者感知的显示器亮度的影响，而与适应周围亮度无关。对实验结果的分析表明，感知到的显示器亮度与显示器上的周边视觉觉亮度水平成反比。虽然FOV的增加导致绝对亮度值的增加，但是它减小了PVL对感知的显示器亮度的影响。这项研究的结果将为优化图像信号的显示规格提供有用的基础数据。
第三、研究动态图像在不同显示屏幕上视觉工作的完成情况，提出了有效的功效评价方案，并研究对比了在观看运动图片时 4K 有机发光二极管（OLED）和液晶显示器（LCD）电视对视觉任务性能和疲劳的影响。在实验中，要求受试者在四种运动态图像速度，屏幕图标总数276个中定位35个图标。结果表明与LCD电视（非自发光型）相比，OLED电视（自发光型）在命中率和误报率方面具有优越性。为确定疲劳水平而进行的模拟器疾病调查表的评估结果还表明，与 LCD 电视相比，OLED 电视在 10ppf （pixel per frame）或更高的快速运动态图像速度下诱发的疲劳相对较少。因此，这项研究证实，鉴于其超快的响应时间特性，OLED 电视在运动图像方面优于 LCD 电视。该方案可以有效的适用于不同类型显示的评测。
第四、基于人眼感知亮度的高动态范围技术评估和测量方法的开发，得到了最佳显示器的动态范围，提出了高动态范围技术评估方法并已写入国际和国内标准化文件。人眼实际所能感受到的光亮度范围非常大（约为10-3cd/m2~106cd/m2），但是目前现有的显示器上只能显示出比人眼实际看到的值小的标准动态范围（Standard Dynamic Range， SDR），高动态范围技术的开发可进一步满足视觉感受效果。因此，评估高动态范围的动态范围的本质很重要，必须使用新方法来评估这些技术。本研究提出新的高动态范围显示屏评价方法，创新性和再现性得到认可，于 2019 年已经写入在中国国家电子行业标准和IEC国际标准中。
第五、基于人眼亮度的感知特性，优化了视频处理功能设计在实现高动态范围同时具有出色的低灰度和色彩表现。现有的图像处理功能使用平均图片级别（ Average Picture Level，APL）来扩展输入图像的动态范围。但是，这种方法没有根据图像的灰度分布显示出应用效果，会出现削波问题。因此，本研究提出了一种功能，以有效地将图像的分布扩展到低和高灰度级，从而最小化灰度级的饱和度。实验证实通过图像渲染提出的新功能具有很高的图像动态范围，并可以进一步扩展，从而实现不但具有高动态范围而且具有出色的低灰度和色彩表现效果。