提高車載屏閃點(diǎn)測(cè)試可重現(xiàn)性方法研究

【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(guó)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?？梢娛褂帽疚牡姆椒?，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。

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（編輯 "楊凱麟）