提高車載屏閃點測試可重現(xiàn)性方法研究

【摘要】使用成像亮度計對防眩顯示屏進行閃點測試已經(jīng)成為共識，然而由于測試重現(xiàn)性的問題，仍然無法制定可操作性的測試規(guī)范。本文系統(tǒng)研究基于傅里葉變換的頻域分離技術，并對相關的測試條件和設備的影響進行大量的試驗對比。試驗包括13種不同閃點值的防眩玻璃、2個不同ppi的顯示屏，以及12種不同分辨率的相機鏡頭的組合，超過10000幅亮度圖像。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，對影響測試重現(xiàn)性的條件進行優(yōu)化。依據(jù)此實驗結果提出完整的閃點測試規(guī)范和條件，實現(xiàn)了高可重現(xiàn)性，可以作為汽車行業(yè)防眩車載屏閃點測試的標準規(guī)范，也可以用于其它需要閃點測試的應用。

【關鍵詞】車載屏；閃點；防眩；測試；成像亮度計

中圖分類號：U463.83文獻標志碼：A文獻編號：1003-8639（2023）

英文標題

ZHU Chuang

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

【Abstract】

【Key words】

作者簡介：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構與防眩層（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，對閃點的量化一直是行業(yè)的研究重點。然而在許多情況下，這些研究僅關注幾種玻璃樣品之間的相對比較，以此來研究其與主觀感受和測試重復性的相關性。閃點絕對值的重現(xiàn)性仍然是該項測試亟待解決的主要問題。盡管ICDM（國際顯示計量委員會）和IEC TC110的相關工作組正在進行相關的研究工作，但目前還沒有標準化的測量方法。

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

本研究的主要目的是在基于成像亮度計測試閃點的基本方法上，系統(tǒng)評估相關的設置、測試條件和系統(tǒng)規(guī)格的影響，以確定實現(xiàn)高重現(xiàn)性閃點測試的設置和測量條件。本文將介紹分析不同閃點評估算法，并重點介紹基于傅里葉變換的處理方法，以及初始測試的重現(xiàn)性。重點說明測試條件對重現(xiàn)性的影響，并提出兩項改進建議，可顯著提高測試結果的重現(xiàn)性。

2 "閃點測量的基本方法

通常采用成像亮度計進行閃點測試。成像亮度計拍攝到的圖像，是閃點圖像與顯示屏像素矩陣圖像疊加的圖像，因此，閃點測試的關鍵是如何將閃點圖像與顯示屏像素矩陣的圖像分離開來。閃點圖像可以視作一個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]總結了4種不同的方法，可以通過改變圖像拍攝條件或通過應用適當?shù)臑V波算法[1，2]來實現(xiàn)所需的圖像分離。在離焦拍攝的方法中，在拍照之前調整對焦位置，使顯示屏的像素層模糊，同時閃光層保持清晰。但是，這種方法具有非常嚴格的拍攝要求，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)有測試屏幕均勻性的規(guī)范沖突。濾波算法分為空間域濾波和頻域濾波，空間域濾波[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濾波處理非常適合閃點測試要求。圖1為使用該濾波算法的分離的示例。由于這種方法在設置條件方面非常靈活，因此本文專注于這種處理方法。

為驗證該測試方法，我們測試了12個不同防眩玻璃與224 ppi車載屏組合的閃點值。除更換防眩玻璃之外，測試條件沒有任何變化。測試結果與專家主觀評級結果進行比較，專家評級結果在實驗之前是未知的。

專家主觀評級涵蓋三種不同的評級（L—低、M—中、H—高），對應的數(shù)字顯示了閃點值的相對大小。從圖2a可以看到測試到的閃點值與主觀評價結果之間良好的相關性，驗證了該種圖像分離方法的有效性。初始重現(xiàn)性實驗：為了測試重現(xiàn)性，我們使用幾種不同的相機/鏡頭組合再次執(zhí)行了相同的驗證實驗，具體實驗組合如表1所示。圖2b顯示了RPS= 2.45 時測試到的閃點值。除了閃點值大概在一定的區(qū)間外，基本上看不到特定的趨勢，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準偏差（Std）數(shù)據(jù)得出這個結論。

3 "提高閃點測試重現(xiàn)性

為了優(yōu)化提高測試的重現(xiàn)性，使用如圖3所示的LMK Position機器人測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅可以實現(xiàn)快速和高重現(xiàn)性的精確定位，還可以方便更改相關的測試參數(shù)。因此，用它可以非常方便地對不同測試條件進行敏感度實驗研究。

3.1 "焦點位置優(yōu)化

首先要討論的參數(shù)是焦點位置。為了研究焦點位置對測試結果的影響，根據(jù)圖3進行了初始設置。焦點調整到顯示屏的像素層，然后移動相機，略微改變相機與顯示屏之間的相對距離，這樣就改變了焦點的相對位置。每移動一次相機，就進行一次閃點值測量。圖4顯示了不同相機/鏡頭組合下，閃點值與焦點位置之間的對應關系。

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

因為離焦會造成閃點層圖像模糊而導致焦點位置非常敏感，這符合實驗預期。橫向偏移，可能是焦點位置相對于像素層的重現(xiàn)性導致的。每個相機/鏡頭組合都有一個確定的焦深，在這個焦深范圍內(nèi)，同一個位置點的光線會成像到芯片的同一個像素上，所以無論確切的焦點位置在哪里，都可產(chǎn)生清晰的圖像，然而，閃點層通常并非產(chǎn)生于顯示像素層。這就意味著，在調整距離過程中，模糊的機理是不確定的。因此起始焦點位置的閃點值受到對焦位置重現(xiàn)性的影響，而最大值則反應了閃點層的最佳對焦位置。

為了克服對焦位置對重現(xiàn)性的影響，采用不同位置掃描測試，然后選擇最大值作為閃點值。相關的結果值以及重現(xiàn)性如圖5所示，可以看出，特別是對于中高閃點值產(chǎn)品的重現(xiàn)性提高了。這是因為閃點嚴重的產(chǎn)品對焦點位置更加敏感，遠超過閃點值低的產(chǎn)品。早期的研究可能受到這種影響。

3.2 "局部中位數(shù)評估

除對焦位置外，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顯著地改變閃點值，因為它們可能會產(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，在每個區(qū)域計算一個閃點值，這樣就得到一個閃點分布圖像（圖6b）。

從閃點分布圖中可以發(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)計學原理，選擇有代表性的值，選擇中位數(shù)作為該產(chǎn)品閃點值。圖7顯示了依據(jù)表1條件組合得到的測試結果。這些測試不僅使用焦點位置優(yōu)化，還使用基于局部中位數(shù)的計算方法。可發(fā)現(xiàn)，閃點值低的產(chǎn)品的測試重現(xiàn)性顯著改善。這也表明，輕微的瑕疵如灰塵等對低閃點值產(chǎn)品的影響大于對高閃點值的產(chǎn)品。

3.3 "其它影響條件

本研究也對其他測試條件進行了驗證，主要有RPS和視場角，仍然是依據(jù)表1的組合進行了相關的所有測試。不同RPS和視場角通過3種不同距離來實現(xiàn)。由于還要同時實現(xiàn)對焦位置掃描測試，因此總計超過10000幅的亮度圖像用來研究這些條件對測試結果的影響。

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

視場角：測量的視場角也會顯著影響閃點的絕對值。從圖9的閃點分布圖中可以直接觀察到，角度越大的區(qū)域，閃點值與中心區(qū)域差別越大。根據(jù)已經(jīng)獲得不同測試條件下的結果分析，建議限制測量的視場角設定在±7°。

4 "驗證及結論

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

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

為了驗證本文優(yōu)化的測試方法，我們使用了另一個不同ppi的顯示屏進行測試，重復了所有相關的測試，結果見圖10。可見使用本文的方法，可以在不同的相機、鏡頭組合條件下，實現(xiàn)非常優(yōu)秀的重現(xiàn)性。而且，本測試方法可以在現(xiàn)有的測試屏幕均勻性的設備上實現(xiàn)閃點測試，所達到的重現(xiàn)性完全可以作為測量規(guī)范，不僅適用于汽車行業(yè)測量規(guī)范，也可用于其它需要進行閃點評估測試的應用。

參考文獻：

[1] Becker M.E.. Sparkle measurement revisited：A closer look at the details[J]. Journal Of The Society For Information Display.2015，23（10）：472-485.

[2] Becker M. E..8-1： Standardization of Sparkle Measurement： A Solid Basis[J]. SID Symposium Digest of Technical Papers，2018，1，49.

[3] GollierJ，PiechG.A，HartS.D，Jet. al.24.4： Display Sparkle Measurement and Human Response[J]. SID Symposium Digest of Technical Papers，2013，44（1）：295-297.

（編輯 "楊凱麟）