汽車(chē)氛圍燈高分辨率光品質(zhì)評(píng)價(jià)方法
韓日興，肖立財(cái)，侯麗敏，周光明
（上海復(fù)光竟成科技有限公司，上海，201811）
摘要：目前越來(lái)越多的車(chē)型在采用氛圍燈來(lái)調(diào)節(jié)汽車(chē)內(nèi)飾照明環(huán)境，可以通過(guò)車(chē)速、環(huán)境以 個(gè)人喜好進(jìn)行燈光亮度和顏色的調(diào)節(jié)，以提高車(chē)內(nèi)人員的舒適度。但由于氛圍燈常常布置于 車(chē)內(nèi)多個(gè)位置，對(duì)于單個(gè)或多個(gè)氛圍燈的光品質(zhì)和光色一致性控制顯得尤為重要。 本文以人眼視覺(jué)對(duì)亮度、色度感受為基礎(chǔ)，結(jié)合 ProMetric 高分辨率成像色度計(jì)對(duì)氛圍燈的 測(cè)試案例，闡述了汽車(chē)氛圍燈亮度、色度、均勻度等光品質(zhì)主觀評(píng)價(jià)客觀化的方法，提高氛 圍燈光品質(zhì)的評(píng)價(jià)效率和精度。此方法亦可拓展到內(nèi)飾背光、外飾照明燈具的光品質(zhì)評(píng)價(jià)。
關(guān)鍵詞：汽車(chē)氛圍燈，亮度、色度均勻度，高分辨率成像色度計(jì)，光品質(zhì)
一、前言
隨著LED技術(shù)的發(fā)展，車(chē)用照明除了應(yīng)用在常規(guī)的外部照明和內(nèi)部功能背光領(lǐng)域，還 越來(lái)越多的應(yīng)用在了舒適性和個(gè)性化照明相關(guān)領(lǐng)域，車(chē)內(nèi)氛圍燈便是其一項(xiàng)重要應(yīng)用。
LED 車(chē)內(nèi)氛圍燈由于其具有光效高，壽命長(zhǎng)，節(jié)能環(huán)保，點(diǎn)陣排列，形態(tài)自由，色彩 多樣等與傳統(tǒng)車(chē)內(nèi)照明設(shè)備相比明顯的優(yōu)勢(shì)，目前是國(guó)內(nèi)外汽車(chē)照明企業(yè)設(shè)計(jì)研發(fā)的主流 方向。
汽車(chē)內(nèi)飾氛圍燈種類各異，安裝位置靈活，可配備單一或者多種顏色，還可以實(shí)現(xiàn)不 同顏色之間的切換。一般安裝在車(chē)輛內(nèi)部，如頂棚、儀表、中控板、腳踏板、門(mén)護(hù)板、門(mén) 把手等位置。和閱讀燈相比，內(nèi)飾氛圍燈光線比較柔和，可以提高駕駛樂(lè)趣。夜間行車(chē) 時(shí)，內(nèi)飾氛圍燈可以降低眼睛疲勞，在一定程度上提高夜間行車(chē)的安全。
二.、汽車(chē)氛圍燈客觀測(cè)試
汽車(chē)氛圍燈可以分為亮度和顏色測(cè)試，其測(cè)試項(xiàng)目又包含亮度和色度的具體數(shù)值以及 均勻性的評(píng)價(jià)。由于面式亮度計(jì)并未普及，目前整車(chē)廠或者零部件廠一般采用人眼主觀評(píng) 價(jià)來(lái)做測(cè)試。但這種方法存在數(shù)據(jù)難以量化，受人為因素干擾很大。且由于沒(méi)有客觀衡量 的數(shù)據(jù)，導(dǎo)致上下游廠商難以有效溝通，影響項(xiàng)目的推進(jìn)。
A. 測(cè)試目的
客觀測(cè)試的主要目的是將測(cè)試結(jié)果量化，結(jié)合產(chǎn)品設(shè)計(jì)參數(shù)判定測(cè)試結(jié)果是否滿足要求， 從而對(duì)氛圍燈燈光設(shè)計(jì)效果做出真實(shí)客觀的評(píng)價(jià)。更重要的是可以利用測(cè)試數(shù)據(jù)為后期整改 方案提供科學(xué)合理的依據(jù)。
常見(jiàn) LED 氛圍燈的發(fā)光方式分為光導(dǎo)直接發(fā)光和背景反光式發(fā)光。下圖為直接發(fā)光式 和反光式氛圍燈點(diǎn)亮效果圖。
由于涉及到的結(jié)構(gòu)、材料選擇的多樣性，在如何保證設(shè)計(jì)的精準(zhǔn)性和反饋就尤為重要。 以光導(dǎo)設(shè)計(jì)為例，在設(shè)計(jì)階段，針對(duì)圖 2 中設(shè)計(jì)的光導(dǎo)結(jié)構(gòu)，可以用 TracePro 光學(xué)軟件對(duì)光導(dǎo)結(jié)構(gòu)的表面亮度、色度分布情況進(jìn)行模擬仿真，評(píng)估設(shè)計(jì)要求[7]，如圖所示。如果再 能結(jié)合成像亮度計(jì)對(duì)打樣產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)試對(duì)比，對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果的改進(jìn)將更加容易。
B. 測(cè)試方法及測(cè)試設(shè)備
1. 傳統(tǒng)測(cè)試方法測(cè)試設(shè)備：
一般利用點(diǎn)式的亮度計(jì)或者色度計(jì)測(cè)量顯示區(qū)域某一位置的亮度和色度的情況。采用點(diǎn) 式亮度或色度計(jì)，只能得到某一小區(qū)域的平均亮度和色度，必須通過(guò)多點(diǎn)測(cè)量才能得到各發(fā) 光區(qū)域的亮度情況，以判定整個(gè)燈具的均勻性，其測(cè)試原理如圖 4。而且由于沒(méi)有保存具體 的影像信息，無(wú)法驗(yàn)證被測(cè)點(diǎn)的具體位置是否和要求一致，即測(cè)量結(jié)果較難驗(yàn)證。
2. 傳統(tǒng)點(diǎn)式測(cè)量的優(yōu)缺點(diǎn)
1）優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，小巧（可以手持）；價(jià)格便宜；
2）缺點(diǎn)：
只能測(cè)量某一點(diǎn)或者很小的區(qū)域；
只有數(shù)值信息，沒(méi)有相關(guān)圖像，無(wú)法確認(rèn)測(cè)試位置是否準(zhǔn)確
不能一次性得到整個(gè)儀表或顯示區(qū)域的亮度和色度的均勻性情況 ?
3. 成像測(cè)試方法及設(shè)備
1）測(cè)試方法：成像亮度、色度計(jì)作為一種能夠完全重現(xiàn)人眼對(duì)亮度、顏色以及散射的感知，并能將之 數(shù)量化的測(cè)試系統(tǒng)，則可以模擬人眼快速有效的對(duì) LED 照明器件空間、表面亮度、色度分 布進(jìn)行精準(zhǔn)的測(cè)試，使人眼的直觀感受客觀數(shù)據(jù)化，更好的對(duì) LED 照明器件進(jìn)行測(cè)試評(píng)價(jià)。
2）測(cè)試設(shè)備：成像亮度、色度計(jì)一般利用 CCD 作為接收器，通過(guò)成像的方法捕捉整個(gè)測(cè)量區(qū)域的亮 度和色度值分布情況。設(shè)備主要由測(cè)試鏡頭、濾光片、圖像傳感器及數(shù)據(jù)處理軟件等部分組 成，其結(jié)構(gòu)如圖 5 所示。CCD 分辨率可以有 200 萬(wàn)、800 萬(wàn)、1600 萬(wàn)、2900 萬(wàn)等不同規(guī)格， 滿足不同的測(cè)試需求。搭配 CIE 匹配的濾色片和中性密度濾光片，可實(shí)現(xiàn)亮度、色度的精 確測(cè)量，和高亮度光源的測(cè)試。其獨(dú)有的半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)，使傳感器在整個(gè)測(cè)試過(guò)程中都保 持恒定的溫度，減小由于溫度波動(dòng)造成熱噪聲干擾，提高測(cè)試精度。并且配有全距離校準(zhǔn)的 電動(dòng)調(diào)焦鏡頭，通過(guò)使用電子控制的焦距和光圈設(shè)定，可為各種工作距離和視場(chǎng)提供經(jīng)過(guò)校 準(zhǔn)的測(cè)量結(jié)果，可根據(jù)被測(cè)物尺寸任意調(diào)節(jié)測(cè)試距離進(jìn)行精確的測(cè)量，不受測(cè)試距離的限制， 這樣極大地簡(jiǎn)化了測(cè)量設(shè)置。
圖 5. 成像亮度計(jì)結(jié)構(gòu)及測(cè)試原理圖
利用成像亮度、色度測(cè)試系統(tǒng)，可以直接得到被測(cè)物的影像，一次測(cè)試便可以得到各區(qū) 域的亮度、色度值，降低對(duì)對(duì)準(zhǔn)精度的要求，測(cè)試速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于傳統(tǒng)測(cè)試方法，并且以影像 的形式保存數(shù)據(jù)，能夠直觀的看到測(cè)試結(jié)果的差異，方便后期評(píng)估對(duì)比，減少測(cè)量次數(shù)。 ?
4. 成像色度計(jì)測(cè)量的優(yōu)缺點(diǎn)
1）優(yōu)點(diǎn)：
面式測(cè)量，可以得到各區(qū)域的亮度、色度值；
直接獲得均勻性情況，測(cè)試速度快；
直接得到被測(cè)物的影像，可查看確切的測(cè)量位置，降低對(duì)對(duì)準(zhǔn)精度的要求
2）缺點(diǎn)：價(jià)格一般比點(diǎn)式的測(cè)量設(shè)備貴.
三、汽車(chē)氛圍燈客觀測(cè)試案例
由于汽車(chē)氛圍燈常見(jiàn)的為長(zhǎng)條形狀，寬度從 1mm 到 30mm，但長(zhǎng)度卻能達(dá)到 600mm~1500mm，為了能夠?qū)Ψ諊鸁暨M(jìn)行整體測(cè)試評(píng)價(jià)，并且保證發(fā)光橫截面的測(cè)試精度， 對(duì)成像色度計(jì)的分辨率要求比較高。Radiant 的 I16、I29 系列成像色度計(jì)，分別具有 1600 萬(wàn) 和 2900 萬(wàn)像素的分辨率，可以對(duì)氛圍燈進(jìn)行整體測(cè)試，對(duì)氛圍燈的亮度、色度及均勻性進(jìn) 行客觀有效的分析說(shuō)明。下面結(jié)合相關(guān)測(cè)試數(shù)據(jù)簡(jiǎn)單介紹一些相關(guān)分析方法。
A. 直接發(fā)光型氛圍燈亮度均勻性測(cè)試分析
圖 6 所示的為某款車(chē)門(mén)板氛圍燈的測(cè)試輝度圖和亮度偽色圖，從圖 6（b）亮度偽色圖和圖 6 （c）沿氛圍燈截線上亮度變化趨勢(shì)圖中，可以明顯看出氛圍燈從左到右亮度呈現(xiàn)逐漸變小 的趨勢(shì)，且在 260mm-300mm 出出現(xiàn)了比較明顯的亮度變化，先明顯增強(qiáng)再突然降低，如圖 6（c）中紅色區(qū)域標(biāo)識(shí)。出現(xiàn)這樣的亮度突變，可能與此處光導(dǎo)的微結(jié)構(gòu)有關(guān)，由設(shè)計(jì)或生 產(chǎn)工藝造成影響，可以有針對(duì)性的進(jìn)行改進(jìn)。
圖 6. 氛圍燈暗影分析圖 （a. 氛圍燈測(cè)試輝度圖； b. 氛圍燈測(cè)試偽彩圖）
B. 直接發(fā)光型氛圍燈色度均勻性測(cè)試分析 對(duì)于此氛圍燈的色度均勻性，仍然沿用 CIE 色坐標(biāo)（Cx, Cy）進(jìn)行分析，對(duì)整個(gè)光導(dǎo)的色坐 標(biāo)變化趨勢(shì)來(lái)說(shuō)明其色度均勻性。從圖 7 中可以看到，沿氛圍燈截線從左到右，色坐標(biāo) Cx, 和 Cy 均出現(xiàn)震蕩性的變化，其變化范圍 Cx：（0.2842~ 0.3031），ΔCx=0.0189; Cy： （0.3410~0.3680）, ΔCy=0.027。
若要達(dá)到更高的顏色一直性，還需要充材料、結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行進(jìn)一步的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)。
C. 反光式氛圍燈亮度均勻性測(cè)試分析
相比較于直接發(fā)光型氛圍燈，雖然測(cè)試評(píng)價(jià)方法與直接發(fā)光型類似，但反光式氛圍燈在 寬度方向上的亮度呈現(xiàn)漸變狀態(tài)，其亮度和顏色同時(shí)受到背景材料的影響。往往需要在固定 背景下進(jìn)行對(duì)比評(píng)價(jià)才更有意義，本文采用某一背景下介紹這種氛圍的評(píng)方法。這種氛圍燈 的出光形式一般為由上至下投射到反射背板上，對(duì)于橫截線的選取，我一般以出光口為基準(zhǔn)， 向下幾個(gè) mm 進(jìn)行截線選取。同時(shí)可能會(huì)考慮距出光口不同尺寸下截線上的亮度、色度變化 趨勢(shì)進(jìn)行對(duì)比，以便更好的對(duì)光學(xué)設(shè)計(jì)效果進(jìn)行反饋。
對(duì)圖 8（a）所示的氛圍燈，我們以上端出光口為基準(zhǔn)，向下 1mm 和 5mm 分別劃取兩 條截線，截線上亮度變化情況如圖 8（b）所示。可以看到，兩條線的平均亮度相差 2cd/m2 左右，并且每條線上不同位置的亮度變化也比較明顯，在最右端亮度明顯變大，最高值達(dá)到 了 7cd/m2。
對(duì)于線上的色坐標(biāo)值，則是由左到右呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢(shì)，與直接發(fā)光氛圍燈由明顯的區(qū)別。 其變化范圍 Cx：（0.3250~ 0.2906），ΔCx=0.0344; Cy：（0.323~0.3002）, ΔCy=0.0228。在成 像色度計(jì)的 ProMetric 分析軟件中，可以直接選取區(qū)域，在 CIE 色坐標(biāo)圖中標(biāo)記處該區(qū)域內(nèi) 的色坐標(biāo)分布位置。應(yīng)用此功能，在圖 9 中，我們可以看到測(cè)試圖像中的矩形區(qū)域內(nèi)色坐標(biāo) 在 CIE 色坐標(biāo)圖中的分布位于紅色橢圓區(qū)域內(nèi)，比較分散。
圖 10. 氛圍燈測(cè)試亮度 2D-ISO 圖
基于以上數(shù)據(jù)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，管理員開(kāi)放設(shè)置權(quán)限，設(shè)置評(píng)價(jià)條件內(nèi)嵌亮度均勻性、平 滑度、色差計(jì)算算法，即可實(shí)現(xiàn)操作員一鍵判定測(cè)試結(jié)果是否合格，下圖 11 是測(cè)試效果。
圖 11 二次開(kāi)發(fā)后軟件測(cè)試效果圖
四、其它照明客觀測(cè)試
除了汽車(chē)氛圍燈，這種評(píng)價(jià)方法在其他照明、背光的測(cè)試分析上也有廣泛應(yīng)用，比如 HUD 顯示測(cè)試，儀表、按鈕背光測(cè)試，應(yīng)用最新的 Auto POI 功能可以依據(jù)字符的發(fā)光邊界 進(jìn)行數(shù)據(jù)提取，提高分析效率，如圖 12 所示。
如圖 13 所示，在外飾燈光測(cè)試中，該系統(tǒng)在信號(hào)燈、日行燈以及前照燈的亮度、色度 均勻度評(píng)價(jià)中也有成熟的應(yīng)用。
圖 12. 內(nèi)飾儀表和日行燈客觀評(píng)價(jià)示意圖
圖 13. 汽車(chē)前照燈路面亮度分布客觀評(píng)價(jià)示意圖
五、總結(jié)
利用成像亮度、色度測(cè)試系統(tǒng)，可以直接得到被測(cè)物的影像，一次測(cè)試便可以得到各點(diǎn) 的亮度、色度值，為氛圍燈的客觀測(cè)試評(píng)價(jià)提供了一種簡(jiǎn)便、精準(zhǔn)的測(cè)試方法。而且可以對(duì) 各種缺陷進(jìn)行分析反饋，幫助提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)水平，提高研發(fā)能力。 同時(shí)，此套系統(tǒng)還可以同時(shí)應(yīng)用于日行燈、內(nèi)飾、儀表背光的亮度均勻度評(píng)測(cè)，前照燈 路面光形評(píng)測(cè)， 以及各種 LCD 顯示器的缺陷、Mura 的測(cè)試評(píng)價(jià)。
汽車(chē)未來(lái)將會(huì)成為家以外的第二個(gè)親密私人空間，汽車(chē)內(nèi)飾照明已成為不可忽視的設(shè)計(jì)元素，氛圍燈正處于市場(chǎng)導(dǎo)入及成長(zhǎng)階段，如何將氛圍燈設(shè)計(jì)的更好，完美的實(shí)現(xiàn)人車(chē)互動(dòng)，需要主機(jī)廠，車(chē)燈廠，內(nèi)飾廠，材料廠商，控制器、薄膜，導(dǎo)光材料等企業(yè)的共同努力，現(xiàn)艾邦建有汽車(chē)氛圍燈微信群，吉利、比亞迪、長(zhǎng)城、長(zhǎng)安、東風(fēng)、宜蘭汽配、寧波華德、延鋒、科思創(chuàng)、庫(kù)爾茲、肖特等企業(yè)均已加入，歡迎產(chǎn)業(yè)鏈上下游的朋友入群探討，共謀進(jìn)步。
推薦閱讀：
活動(dòng)推薦：
汽車(chē)智能內(nèi)飾氛圍燈高峰論壇
Automotive Smart Interior Ambient Light Summit Forum
2018年11月15~16 日
昆山維景國(guó)際酒店
（昆山花橋鎮(zhèn)花橋國(guó)際商務(wù)城兆豐路2號(hào)，步行5分鐘可達(dá)上海地鐵11號(hào)線安亭站）
會(huì)議
流程
2018年11月15日
9:00—9:30
艾邦智造 總經(jīng)理 江耀貴
汽車(chē)智能內(nèi)飾氛圍燈產(chǎn)業(yè)鏈分析
9:30—10:00
歐司朗 SAE 陳曉麗
歐司朗RGB LED在汽車(chē)內(nèi)飾的應(yīng)用
10:00—10:30
肖特 高級(jí)銷售經(jīng)理 林禛仕
肖特汽車(chē)氛圍燈解決方案介紹
10:30—11:00
茶歇
11:00--11:30
泛亞汽車(chē)內(nèi)飾件資深工程師 張大偉
通用對(duì)內(nèi)飾照明及氛圍燈發(fā)展趨勢(shì)見(jiàn)解
11:30—12:00
南京玻璃纖維研究設(shè)計(jì)院第三研究所線性光纖實(shí)業(yè)部部長(zhǎng) 李澤財(cái)
線性光線的發(fā)展，種類，優(yōu)越性，材料性能，應(yīng)用案例可淺談
12:00~13:30
午餐
13:30~14:00
佛吉亞 光學(xué)經(jīng)理 丁杰
駕艙科技-佛吉亞內(nèi)飾氛圍燈解決方案
14:00—14:20
蘇州路熙光電科技有限公司 張貽青博士 總經(jīng)理
光導(dǎo)、透鏡在汽車(chē)氛圍燈中的應(yīng)用與研究
14:20~14:50
統(tǒng)明亮 產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理 謝金博士
seddLED 在汽車(chē)內(nèi)飾氛圍燈中的應(yīng)用
14:50~15:20
蔚來(lái)汽車(chē)內(nèi)飾氛圍燈經(jīng)理 王媛媛
NIO造車(chē)新思維對(duì)智能內(nèi)飾氛圍燈的需求闡述
15:20~15:50
茶歇
15:50~16:20
上海復(fù)光竟成科技有限公司 商務(wù)經(jīng)理 韓日興博士
復(fù)光汽車(chē)內(nèi)飾光品質(zhì)整體解決方案
16:20~16:50
擬邀請(qǐng)海拉 光學(xué)主管
海拉汽車(chē)內(nèi)飾氛圍燈解決方案
16:50~17:20
深圳市中創(chuàng)智遠(yuǎn)科技有限公司 總經(jīng)理 鐘弘毅
中創(chuàng)智遠(yuǎn)汽車(chē)氛圍燈技術(shù)介紹和案例展示
17:20~17:50
元晠科技(珠海)有限公司 CEO 羅苑
元晠科技汽車(chē)內(nèi)外飾照明，以人為本的光色智能應(yīng)用及案例分享
17:50~19:50
晚飯
2018年11月16日
9:00—9:30
華南理工大學(xué)設(shè)計(jì)學(xué)院工業(yè)設(shè)計(jì)教研室主任 歐陽(yáng)波
從“人”出發(fā)對(duì)汽車(chē)智能內(nèi)飾氛圍燈和照明設(shè)計(jì)的思考
9:30~10:00
Style-vesion ASIA 合伙人&創(chuàng)意總監(jiān) AGNES KUBIAK
汽車(chē)內(nèi)飾氛圍燈和照明系統(tǒng)現(xiàn)狀及發(fā)展技術(shù)
10:00~10:30
茶歇
10:30~11:00
油墨供應(yīng)商 擬邀請(qǐng)德國(guó)寶龍油墨
寶龍油墨在汽車(chē)氛圍燈的應(yīng)用開(kāi)發(fā)
11:00~11:30
國(guó)潤(rùn)光電科技有限公司 總經(jīng)理 魏國(guó)
汽車(chē)未來(lái)的外觀件和內(nèi)飾件的光學(xué)鍍膜工藝
11:30~12:00
擬邀請(qǐng)主機(jī)廠
汽車(chē)內(nèi)飾未來(lái)的燈光和照明發(fā)展趨勢(shì)
12:00~13:30
午餐
報(bào)名方式1：請(qǐng)加微信并發(fā)名片報(bào)名；
鄧小姐：15817337805，ab010@polytpe.com
李小姐：18320865613，ab013@polytpe.com
江先生：18666186648， jyg@polytpe.com
報(bào)名方式2：在線登記報(bào)名；
收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)（主機(jī)廠與一級(jí)供應(yīng)商、零部件廠商、材料與方案廠商、設(shè)備廠商及其他）
參會(huì)人數(shù) | 1~2個(gè)人 | 3個(gè)人及以上 |
11月10日前付款 | 3300元/人 | 3200元/人 |
11月10日后付款 | 3500元/人 | 3300元/人 |
汽車(chē)內(nèi)飾智能表面將迎來(lái)跨越式發(fā)展，500+行業(yè)精英齊聚汽車(chē)城
2018汽車(chē)內(nèi)飾智能表面高峰論壇（7月12~13日）視頻回顧
閱讀原文，即可報(bào)名。
始發(fā)于微信公眾號(hào)： 智能汽車(chē)俱樂(lè)部