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        提高車載屏閃點(diǎn)測(cè)試可重現(xiàn)性方法研究

        2023-12-29 00:00:00朱創(chuàng)
        汽車電器 2023年7期

        【摘要】使用成像亮度計(jì)對(duì)防眩顯示屏進(jìn)行閃點(diǎn)測(cè)試已經(jīng)成為共識(shí),然而由于測(cè)試重現(xiàn)性的問題,仍然無法制定可操作性的測(cè)試規(guī)范。本文系統(tǒng)研究基于傅里葉變換的頻域分離技術(shù),并對(duì)相關(guān)的測(cè)試條件和設(shè)備的影響進(jìn)行大量的試驗(yàn)對(duì)比。試驗(yàn)包括13種不同閃點(diǎn)值的防眩玻璃、2個(gè)不同ppi的顯示屏,以及12種不同分辨率的相機(jī)鏡頭的組合,超過10000幅亮度圖像。根據(jù)這些數(shù)據(jù),對(duì)影響測(cè)試重現(xiàn)性的條件進(jìn)行優(yōu)化。依據(jù)此實(shí)驗(yàn)結(jié)果提出完整的閃點(diǎn)測(cè)試規(guī)范和條件,實(shí)現(xiàn)了高可重現(xiàn)性,可以作為汽車行業(yè)防眩車載屏閃點(diǎn)測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,也可以用于其它需要閃點(diǎn)測(cè)試的應(yīng)用。

        【關(guān)鍵詞】車載屏;閃點(diǎn);防眩;測(cè)試;成像亮度計(jì)

        中圖分類號(hào):U463.83文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文獻(xiàn)編號(hào):1003-8639(2023)

        英文標(biāo)題

        ZHU Chuang

        (SAIC Volkswagen Co.,Ltd.,Shanghai 201805,China)

        【Abstract】

        【Key words】

        作者簡(jiǎn)介:朱創(chuàng)(1993—),男,工程師,從事汽車電器研發(fā)工作。

        收稿日期:2022-10-13

        1 "引言

        由于顯示屏的像素結(jié)構(gòu)與防眩層(AGL)[1]的相互作用而產(chǎn)生的閃光現(xiàn)象影響了車載屏的顯示品質(zhì),對(duì)閃點(diǎn)的量化一直是行業(yè)的研究重點(diǎn)。然而在許多情況下,這些研究?jī)H關(guān)注幾種玻璃樣品之間的相對(duì)比較,以此來研究其與主觀感受和測(cè)試重復(fù)性的相關(guān)性。閃點(diǎn)絕對(duì)值的重現(xiàn)性仍然是該項(xiàng)測(cè)試亟待解決的主要問題。盡管ICDM(國際顯示計(jì)量委員會(huì))和IEC TC110的相關(guān)工作組正在進(jìn)行相關(guān)的研究工作,但目前還沒有標(biāo)準(zhǔn)化的測(cè)量方法。

        從產(chǎn)品合規(guī)性管理的角度來看,閃點(diǎn)絕對(duì)值測(cè)量的可重現(xiàn)性與主觀感知的相關(guān)性一樣重要[2]。另外實(shí)際測(cè)試時(shí),在不去除防眩玻璃或膜的條件下實(shí)現(xiàn)測(cè)試是非常必要的。此外,閃點(diǎn)測(cè)試如果能與現(xiàn)有的測(cè)試規(guī)范兼容,將更加有利于企業(yè)減少設(shè)備的投入。車載屏均勻性測(cè)試的規(guī)范已經(jīng)有Black Mura規(guī)定的成像亮度計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)、使用方法和測(cè)試條件等,如果在此基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)閃點(diǎn)測(cè)試,將非常有意義。

        本研究的主要目的是在基于成像亮度計(jì)測(cè)試閃點(diǎn)的基本方法上,系統(tǒng)評(píng)估相關(guān)的設(shè)置、測(cè)試條件和系統(tǒng)規(guī)格的影響,以確定實(shí)現(xiàn)高重現(xiàn)性閃點(diǎn)測(cè)試的設(shè)置和測(cè)量條件。本文將介紹分析不同閃點(diǎn)評(píng)估算法,并重點(diǎn)介紹基于傅里葉變換的處理方法,以及初始測(cè)試的重現(xiàn)性。重點(diǎn)說明測(cè)試條件對(duì)重現(xiàn)性的影響,并提出兩項(xiàng)改進(jìn)建議,可顯著提高測(cè)試結(jié)果的重現(xiàn)性。

        2 "閃點(diǎn)測(cè)量的基本方法

        通常采用成像亮度計(jì)進(jìn)行閃點(diǎn)測(cè)試。成像亮度計(jì)拍攝到的圖像,是閃點(diǎn)圖像與顯示屏像素矩陣圖像疊加的圖像,因此,閃點(diǎn)測(cè)試的關(guān)鍵是如何將閃點(diǎn)圖像與顯示屏像素矩陣的圖像分離開來。閃點(diǎn)圖像可以視作一個(gè)高頻的亮度分布圖像,顯示屏的像素矩陣圖像可以看做是周期性變化的亮度分布圖像。

        Becker [1,2]總結(jié)了4種不同的方法,可以通過改變圖像拍攝條件或通過應(yīng)用適當(dāng)?shù)臑V波算法[1,2]來實(shí)現(xiàn)所需的圖像分離。在離焦拍攝的方法中,在拍照之前調(diào)整對(duì)焦位置,使顯示屏的像素層模糊,同時(shí)閃光層保持清晰。但是,這種方法具有非常嚴(yán)格的拍攝要求,并且使用這種方法的可重現(xiàn)性無法得到保證。在減少采樣的方法中,與現(xiàn)有測(cè)試屏幕均勻性的規(guī)范沖突。濾波算法分為空間域?yàn)V波和頻域?yàn)V波,空間域?yàn)V波[1,2]存在采樣不足的問題。相比之下,基于傅里葉變換的頻域?yàn)V波處理非常適合閃點(diǎn)測(cè)試要求。圖1為使用該濾波算法的分離的示例。由于這種方法在設(shè)置條件方面非常靈活,因此本文專注于這種處理方法。

        為驗(yàn)證該測(cè)試方法,我們測(cè)試了12個(gè)不同防眩玻璃與224 ppi車載屏組合的閃點(diǎn)值。除更換防眩玻璃之外,測(cè)試條件沒有任何變化。測(cè)試結(jié)果與專家主觀評(píng)級(jí)結(jié)果進(jìn)行比較,專家評(píng)級(jí)結(jié)果在實(shí)驗(yàn)之前是未知的。

        專家主觀評(píng)級(jí)涵蓋三種不同的評(píng)級(jí)(L—低、M—中、H—高),對(duì)應(yīng)的數(shù)字顯示了閃點(diǎn)值的相對(duì)大小。從圖2a可以看到測(cè)試到的閃點(diǎn)值與主觀評(píng)價(jià)結(jié)果之間良好的相關(guān)性,驗(yàn)證了該種圖像分離方法的有效性。初始重現(xiàn)性實(shí)驗(yàn):為了測(cè)試重現(xiàn)性,我們使用幾種不同的相機(jī)/鏡頭組合再次執(zhí)行了相同的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),具體實(shí)驗(yàn)組合如表1所示。圖2b顯示了RPS= 2.45 時(shí)測(cè)試到的閃點(diǎn)值。除了閃點(diǎn)值大概在一定的區(qū)間外,基本上看不到特定的趨勢(shì),這意味著重現(xiàn)性較差。這也可以從高變異系數(shù)(CV)以及不同組合之間的標(biāo)準(zhǔn)偏差(Std)數(shù)據(jù)得出這個(gè)結(jié)論。

        3 "提高閃點(diǎn)測(cè)試重現(xiàn)性

        為了優(yōu)化提高測(cè)試的重現(xiàn)性,使用如圖3所示的LMK Position機(jī)器人測(cè)試系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅可以實(shí)現(xiàn)快速和高重現(xiàn)性的精確定位,還可以方便更改相關(guān)的測(cè)試參數(shù)。因此,用它可以非常方便地對(duì)不同測(cè)試條件進(jìn)行敏感度實(shí)驗(yàn)研究。

        3.1 "焦點(diǎn)位置優(yōu)化

        首先要討論的參數(shù)是焦點(diǎn)位置。為了研究焦點(diǎn)位置對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響,根據(jù)圖3進(jìn)行了初始設(shè)置。焦點(diǎn)調(diào)整到顯示屏的像素層,然后移動(dòng)相機(jī),略微改變相機(jī)與顯示屏之間的相對(duì)距離,這樣就改變了焦點(diǎn)的相對(duì)位置。每移動(dòng)一次相機(jī),就進(jìn)行一次閃點(diǎn)值測(cè)量。圖4顯示了不同相機(jī)/鏡頭組合下,閃點(diǎn)值與焦點(diǎn)位置之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

        可以觀察到如下情況:①閃點(diǎn)值對(duì)焦點(diǎn)位置非常敏感;②不同曲線之間有明顯的隨機(jī)平移現(xiàn)象;③最大值非常接近。

        因?yàn)殡x焦會(huì)造成閃點(diǎn)層圖像模糊而導(dǎo)致焦點(diǎn)位置非常敏感,這符合實(shí)驗(yàn)預(yù)期。橫向偏移,可能是焦點(diǎn)位置相對(duì)于像素層的重現(xiàn)性導(dǎo)致的。每個(gè)相機(jī)/鏡頭組合都有一個(gè)確定的焦深,在這個(gè)焦深范圍內(nèi),同一個(gè)位置點(diǎn)的光線會(huì)成像到芯片的同一個(gè)像素上,所以無論確切的焦點(diǎn)位置在哪里,都可產(chǎn)生清晰的圖像,然而,閃點(diǎn)層通常并非產(chǎn)生于顯示像素層。這就意味著,在調(diào)整距離過程中,模糊的機(jī)理是不確定的。因此起始焦點(diǎn)位置的閃點(diǎn)值受到對(duì)焦位置重現(xiàn)性的影響,而最大值則反應(yīng)了閃點(diǎn)層的最佳對(duì)焦位置。

        為了克服對(duì)焦位置對(duì)重現(xiàn)性的影響,采用不同位置掃描測(cè)試,然后選擇最大值作為閃點(diǎn)值。相關(guān)的結(jié)果值以及重現(xiàn)性如圖5所示,可以看出,特別是對(duì)于中高閃點(diǎn)值產(chǎn)品的重現(xiàn)性提高了。這是因?yàn)殚W點(diǎn)嚴(yán)重的產(chǎn)品對(duì)焦點(diǎn)位置更加敏感,遠(yuǎn)超過閃點(diǎn)值低的產(chǎn)品。早期的研究可能受到這種影響。

        3.2 "局部中位數(shù)評(píng)估

        除對(duì)焦位置外,其他影響因素還包括微小的瑕疵,如劃痕、像素缺陷、灰塵和指紋等。這些微小的瑕疵可能會(huì)顯著地改變閃點(diǎn)值,因?yàn)樗鼈兛赡軙?huì)產(chǎn)生較高的異常值。圖6顯示了帶有微小瑕疵的傅里葉濾波后的圖像。此圖像已劃分為若干的局部區(qū)域,在每個(gè)區(qū)域計(jì)算一個(gè)閃點(diǎn)值,這樣就得到一個(gè)閃點(diǎn)分布圖像(圖6b)。

        從閃點(diǎn)分布圖中可以發(fā)現(xiàn)有一些較高的異常值。為了不受異常值影響,我們依據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)原理,選擇有代表性的值,選擇中位數(shù)作為該產(chǎn)品閃點(diǎn)值。圖7顯示了依據(jù)表1條件組合得到的測(cè)試結(jié)果。這些測(cè)試不僅使用焦點(diǎn)位置優(yōu)化,還使用基于局部中位數(shù)的計(jì)算方法??砂l(fā)現(xiàn),閃點(diǎn)值低的產(chǎn)品的測(cè)試重現(xiàn)性顯著改善。這也表明,輕微的瑕疵如灰塵等對(duì)低閃點(diǎn)值產(chǎn)品的影響大于對(duì)高閃點(diǎn)值的產(chǎn)品。

        3.3 "其它影響條件

        本研究也對(duì)其他測(cè)試條件進(jìn)行了驗(yàn)證,主要有RPS和視場(chǎng)角,仍然是依據(jù)表1的組合進(jìn)行了相關(guān)的所有測(cè)試。不同RPS和視場(chǎng)角通過3種不同距離來實(shí)現(xiàn)。由于還要同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)焦位置掃描測(cè)試,因此總計(jì)超過10000幅的亮度圖像用來研究這些條件對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響。

        RPS是指相機(jī)像素與顯示屏像素一維方向的比值,對(duì)閃點(diǎn)值有比較大的影響。圖8顯示了不同測(cè)量距離下玻璃/相機(jī)/鏡頭組合條件下獲得的數(shù)據(jù),可以發(fā)現(xiàn)兩個(gè)現(xiàn)象:首先,RPS值越高,閃點(diǎn)值越高;其次,RPS值越高,對(duì)焦點(diǎn)位置越敏感。這是焦深對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響。因此,如果進(jìn)行對(duì)焦掃描測(cè)試,則較小的RPS值(例如2.1或2.45)會(huì)獲得更高的重現(xiàn)性。

        視場(chǎng)角:測(cè)量的視場(chǎng)角也會(huì)顯著影響閃點(diǎn)的絕對(duì)值。從圖9的閃點(diǎn)分布圖中可以直接觀察到,角度越大的區(qū)域,閃點(diǎn)值與中心區(qū)域差別越大。根據(jù)已經(jīng)獲得不同測(cè)試條件下的結(jié)果分析,建議限制測(cè)量的視場(chǎng)角設(shè)定在±7°。

        4 "驗(yàn)證及結(jié)論

        為了提高防眩玻璃閃點(diǎn)測(cè)量的重現(xiàn)性,本文系統(tǒng)地研究了超過32種不同測(cè)量條件、不同測(cè)量設(shè)置的影響,涵蓋了各種符合Black Mura標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量條件和相機(jī)/鏡頭組合。我們發(fā)現(xiàn),絕對(duì)閃點(diǎn)值的重現(xiàn)性特別受到焦深的限制。焦深應(yīng)足夠大,才可以聚焦在像素層上時(shí),可以獲得清晰的閃點(diǎn)圖像;焦深還應(yīng)足夠小,以最大限度地提高焦點(diǎn)位置的重現(xiàn)性。但是,對(duì)于現(xiàn)有的與車規(guī)Black Mura兼容的測(cè)試方法,以及防眩層與顯示屏的組合特點(diǎn),幾乎不可能找到折中的方案。因此,引入了焦位掃描測(cè)試的方法,以找到正確的對(duì)焦位置。需要注意的是,對(duì)于相同的測(cè)試條件和同類型產(chǎn)品,找到對(duì)焦位置后,并不需要再次進(jìn)行對(duì)焦掃描。這主要是由于RPS對(duì)閃點(diǎn)測(cè)試的靈敏度較高(圖9)。這對(duì)于在生產(chǎn)線終檢階段節(jié)省時(shí)間非常重要。

        另一個(gè)重要的成果是通過使用中位數(shù)的局部評(píng)估來取代整體評(píng)估,這樣最大限度地減少了微小缺陷或瑕疵對(duì)結(jié)果的影響,從而優(yōu)化了低閃點(diǎn)值防眩層測(cè)試的重現(xiàn)性。此外,任何測(cè)量規(guī)范都應(yīng)指定RPS并限定測(cè)量場(chǎng)角范圍。

        為了驗(yàn)證本文優(yōu)化的測(cè)試方法,我們使用了另一個(gè)不同ppi的顯示屏進(jìn)行測(cè)試,重復(fù)了所有相關(guān)的測(cè)試,結(jié)果見圖10。可見使用本文的方法,可以在不同的相機(jī)、鏡頭組合條件下,實(shí)現(xiàn)非常優(yōu)秀的重現(xiàn)性。而且,本測(cè)試方法可以在現(xiàn)有的測(cè)試屏幕均勻性的設(shè)備上實(shí)現(xiàn)閃點(diǎn)測(cè)試,所達(dá)到的重現(xiàn)性完全可以作為測(cè)量規(guī)范,不僅適用于汽車行業(yè)測(cè)量規(guī)范,也可用于其它需要進(jìn)行閃點(diǎn)評(píng)估測(cè)試的應(yīng)用。

        參考文獻(xiàn):

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        (編輯 "楊凱麟)

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