投影機光學自動測定系統亮度數據優化設計

李晨

（麥克賽爾數字映像（中國）有限公司，福建 福州350014）

1 概述

亮度（light out）是投影機產品最重要光學性能指標之一，在項目投標時，投影機的亮度、色度等性能參數及目視效果，對中標與否起了至關重要的作用，部分投標案件需要提供此型號投影機量產時的整體光學數據進行參考，中國國內標案一般要求量產平均亮度要達到亮度標稱值的90%以上，若整體亮度數據與亮度標稱值不符，則失去投標資格。

一般日系投影機廠家通常采用亮度測定標準為ANSI 流明。ANSI 流明標準由美國國家標準協會（American National Standards Institute 簡稱“ANSI”）在1992 年制定，用于測定由投影機生成的視頻輸出亮度[1]。該方法使用照度計測定投影屏幕（40 英寸-70 英寸）上規定的9 個點，并通過9 點的平均照度算出ANSI 流明。目前我司對包括ANSI 流明在內投影機的光學數據測定使用的是一套基于高精度照度計T-10A 以及色彩照CL-200 組合使用的自動測定系統（本文僅討論使用T-10A 的部分）。投影機在流水線上通過光學測定工位時，為了提高作業節拍，經常忽略對投影機擺放位置進行調整，導致作業時會有個別T-10A 獲取到的數值為異常值，并將其用于亮度計算，使得整批產品的平均亮度數據值低于實際的亮度水準，從而在投標案件中處于不利地位。

本文介紹了一種對投影機光學檢測軟件的優化設計，使得在不影響量產作業時正常亮度測試能力的情況下，篩出異常數據，優化整體亮度數據。

2 光學亮度測試系統構成

2.1 系統描述

本系統由一臺電腦進行中控，中控電腦分別與投影機、信號發生器、照度計進行通信。

測定前對投影機、信號發生器、照度計進行初始化，確認后三者為正常可控狀態；由電腦發出指令控制信號發生器向投影機輸入一個100%全白信號；同時電腦自動讀取對應機種文件控制投影機處于亮度測定狀態并切換至輸入信號相應頻道；投影機投射白畫面；位于投影屏幕上9 個不同位置的照度計（從左到右分三列，編號從0 到8）接收到光線并測量亮度，依次將數據反饋回中控電腦，由中控電腦對數據進行計算處理。

2.2 亮度測定條件及算法

條件：投影機需處于亮度、對比度最大的狀態；周邊環境亮度需近乎為0 lux；輸入100%白信號（0.7Vp-p±5%）。

算法：E0～E8為9 個照度計亮度值，平均亮度=照度*面積=（E0+E1+…E8）*△S

XGA：△S=0.055（40 英寸時） △S=0.169（70 英寸時）

WXGA：△S=0.052（40 英寸時） △S=0.141（66 英寸時）

通常投影機亮度的標稱值會作為亮度測定時的Type 值，根據光學系統的實際情況設置一個MIN 值（通常是Type 值*85%）和一個MAX 值（通常是Type 值*115%），若MIN 值≤平均光束量≤MAX 值，則判定該亮度數據合格，若在范圍外，則判定不合格。

3 亮度數據異常檢出

3.1 異常數據分析

通常情況下，若投影機的光學系統中所使用的部品，如透鏡、液晶板等有一定質量問題時，或是投影機光源本身亮度不夠時，所測得的亮度會有損耗，低于理想的設計值。在工業生產中，我們通常使用正態分布來作為質量控制的依據[2]。μ 為設計，即Type 值的100%，根據各種部品可允許的質量上下限，將亮度的MIN 值定為Type 值的85%，MAX 值為Type 值的115%。圖1 為根據正態分布的原理繪制出的量產亮度平均值分布圖，若σ=4%，量產平均值=Type 值*95%時，Min（Type 值*85% ）以下的不良產品比例應為整體的0.7%。

通過分析量產光學數據可以發現，若是產品質量問題導致的亮度不足，檢測同一臺投影機的9 個T-10A 照度計間的差距并不會過大。例如一臺Type 值為3500lm 左右的投影機，其9 個點的照度基本上都應該在1900lux～2600lux 之間。若由于擺放位置不正或屏幕遮光導致9 點中有1～3 點異常值特別高（＞2900lux）或特別低（＜500lux），可能算出來的亮度值仍在Type值的85%～115%之間，屬于合格范圍，但與實際亮度不符。此類值就影響整體數據的正態分布曲線，使中間值偏移，影響量產平均亮度值的數據。

3.2 異常數據檢出算法

合理數據的9 點T-10A 數據的離散性分布符合正態分布，可以以標準偏差作為衡量其離散性的標準。以去掉最大值和最小值后的七點平均值AVE 為中間值，設σ=AVE*10%，確認了所有偏離了AVE±3σ 的數值都為異常值，具體算法如下：

①從T-10A 輸入的9 點數據E0～E8使用冒泡法進行排序，得出最大值EMAX和最小值EMIN。

②用去掉EMAX值和EMIN值后的7 點值求和，并取7 點平均值AVE7。

圖1

③以AVG7 為標準值分別與9 點數據En進行對比，若比值不在0.7≤（En/AVE7）≤1.3 的范圍內，則該數據屬于異常數據。

圖2

3.3 軟件異常數據檢出流程

下記圖2 所示的異常檢出流程是在上記2.3 的軟件系統流程基礎上的追加作業。

4 結果驗證

使用了亮度數據優化設計后的新投影機光束量測定系統后，軟件可以正確捕捉到異常數據，且能夠根據出錯T10A 編號提示出錯位置。

選取HCP-K29 作為樣本機型，確認該機型適用新系統后量產平均亮度數據得到改善，從原本的標稱值的88%上升到了標稱值的95.10%，改善效果高達7%，確認優化設計有實際效果。經過實驗確認本系統可在不影響正常亮度檢測功能的情況下，篩查出異常數據，優化亮度數據結果。