汽車氛圍燈高分辨率光品質(zhì)評價方法 

韓日興，肖立財，侯麗敏，周光明 

（上海復(fù)光竟成科技有限公司，上海，201811）

摘要：目前越來越多的車型在采用氛圍燈來調(diào)節(jié)汽車內(nèi)飾照明環(huán)境，可以通過車速、環(huán)境以 個人喜好進(jìn)行燈光亮度和顏色的調(diào)節(jié)，以提高車內(nèi)人員的舒適度。但由于氛圍燈常常布置于 車內(nèi)多個位置，對于單個或多個氛圍燈的光品質(zhì)和光色一致性控制顯得尤為重要。 本文以人眼視覺對亮度、色度感受為基礎(chǔ)，結(jié)合 ProMetric 高分辨率成像色度計(jì)對氛圍燈的 測試案例，闡述了汽車氛圍燈亮度、色度、均勻度等光品質(zhì)主觀評價客觀化的方法，提高氛 圍燈光品質(zhì)的評價效率和精度。此方法亦可拓展到內(nèi)飾背光、外飾照明燈具的光品質(zhì)評價。

關(guān)鍵詞：汽車氛圍燈，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 越來越多的應(yīng)用在了舒適性和個性化照明相關(guān)領(lǐng)域，車內(nèi)氛圍燈便是其一項(xiàng)重要應(yīng)用。 

LED 車內(nèi)氛圍燈由于其具有光效高，壽命長，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)車內(nèi)照明設(shè)備相比明顯的優(yōu)勢，目前是國內(nèi)外汽車照明企業(yè)設(shè)計(jì)研發(fā)的主流 方向。 

汽車內(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。一般安裝在車輛內(nèi)部，如頂棚、儀表、中控板、腳踏板、門護(hù)板、門 把手等位置。和閱讀燈相比，內(nèi)飾氛圍燈光線比較柔和，可以提高駕駛樂趣。夜間行車 時，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的安全。 

二.、汽車氛圍燈客觀測試 

汽車氛圍燈可以分為亮度和顏色測試，其測試項(xiàng)目又包含亮度和色度的具體數(shù)值以及 均勻性的評價。由于面式亮度計(jì)并未普及，目前整車廠或者零部件廠一般采用人眼主觀評 價來做測試。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. 測試目的 

客觀測試的主要目的是將測試結(jié)果量化，結(jié)合產(chǎn)品設(shè)計(jì)參數(shù)判定測試結(jié)果是否滿足要求， 從而對氛圍燈燈光設(shè)計(jì)效果做出真實(shí)客觀的評價。更重要的是可以利用測試數(shù)據(jù)為后期整改 方案提供科學(xué)合理的依據(jù)。

 常見 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)對打樣產(chǎn)品進(jìn)行測試對比，對設(shè)計(jì)結(jié)果的改進(jìn)將更加容易。 

B. 測試方法及測試設(shè)備

1. 傳統(tǒng)測試方法測試設(shè)備：

一般利用點(diǎn)式的亮度計(jì)或者色度計(jì)測量顯示區(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，必須通過多點(diǎn)測量才能得到各發(fā) 光區(qū)域的亮度情況，以判定整個燈具的均勻性，其測試原理如圖 4。而且由于沒有保存具體 的影像信息，無法驗(yàn)證被測點(diǎn)的具體位置是否和要求一致，即測量結(jié)果較難驗(yàn)證。

2. 傳統(tǒng)點(diǎn)式測量的優(yōu)缺點(diǎn) 

1）優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，小巧（可以手持）；價格便宜； 

2）缺點(diǎn)：

• 只能測量某一點(diǎn)或者很小的區(qū)域； 

• 只有數(shù)值信息，沒有相關(guān)圖像，無法確認(rèn)測試位置是否準(zhǔn)確 

• 不能一次性得到整個儀表或顯示區(qū)域的亮度和色度的均勻性情況 ? 

3. 成像測試方法及設(shè)備 

1）測試方法：成像亮度、色度計(jì)作為一種能夠完全重現(xiàn)人眼對亮度、顏色以及散射的感知，并能將之 數(shù)量化的測試系統(tǒng)，則可以模擬人眼快速有效的對 LED 照明器件空間、表面亮度、色度分 布進(jìn)行精準(zhǔn)的測試，使人眼的直觀感受客觀數(shù)據(jù)化，更好的對 LED 照明器件進(jìn)行測試評價。 

2）測試設(shè)備：成像亮度、色度計(jì)一般利用 CCD 作為接收器，通過成像的方法捕捉整個測量區(qū)域的亮 度和色度值分布情況。設(shè)備主要由測試鏡頭、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、800 萬、1600 萬、2900 萬等不同規(guī)格， 滿足不同的測試需求。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 確測量，和高亮度光源的測試。其獨(dú)有的半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)，使傳感器在整個測試過程中都保 持恒定的溫度，減小由于溫度波動造成熱噪聲干擾，提高測試精度。并且配有全距離校準(zhǔn)的 電動調(diào)焦鏡頭，通過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提供經(jīng)過校 準(zhǔn)的測量結(jié)果，可根據(jù)被測物尺寸任意調(diào)節(jié)測試距離進(jìn)行精確的測量，不受測試距離的限制， 這樣極大地簡化了測量設(shè)置。 

圖 5. 成像亮度計(jì)結(jié)構(gòu)及測試原理圖

利用成像亮度、色度測試系統(tǒng)，可以直接得到被測物的影像，一次測試便可以得到各區(qū) 域的亮度、色度值，降低對對準(zhǔn)精度的要求，測試速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于傳統(tǒng)測試方法，并且以影像 的形式保存數(shù)據(jù)，能夠直觀的看到測試結(jié)果的差異，方便后期評估對比，減少測量次數(shù)。 ? 

4. 成像色度計(jì)測量的優(yōu)缺點(diǎn) 

1）優(yōu)點(diǎn)：

• 面式測量，可以得到各區(qū)域的亮度、色度值； 

• 直接獲得均勻性情況，測試速度快； 

• 直接得到被測物的影像，可查看確切的測量位置，降低對對準(zhǔn)精度的要求 

2）缺點(diǎn)：價格一般比點(diǎn)式的測量設(shè)備貴.

三、汽車氛圍燈客觀測試案例 

由于汽車氛圍燈常見的為長條形狀，寬度從 1mm 到 30mm，但長度卻能達(dá)到 600mm~1500mm，為了能夠?qū)Ψ諊鸁暨M(jìn)行整體測試評價，并且保證發(fā)光橫截面的測試精度， 對成像色度計(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 和 2900 萬像素的分辨率，可以對氛圍燈進(jìn)行整體測試，對氛圍燈的亮度、色度及均勻性進(jìn) 行客觀有效的分析說明。下面結(jié)合相關(guān)測試數(shù)據(jù)簡單介紹一些相關(guān)分析方法。 

A. 直接發(fā)光型氛圍燈亮度均勻性測試分析 

圖 6 所示的為某款車門板氛圍燈的測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，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。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，可以有針對性的進(jìn)行改進(jìn)。 

圖 6. 氛圍燈暗影分析圖 （a. 氛圍燈測試輝度圖； b. 氛圍燈測試偽彩圖） 

B. 直接發(fā)光型氛圍燈色度均勻性測試分析 對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，對整個光導(dǎo)的色坐 標(biāo)變化趨勢來說明其色度均勻性。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試分析 

相比較于直接發(fā)光型氛圍燈，雖然測試評價方法與直接發(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)，其亮度和顏色同時受到背景材料的影響。往往需要在固定 背景下進(jìn)行對比評價才更有意義，本文采用某一背景下介紹這種氛圍的評方法。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，對于橫截線的選取，我一般以出光口為基準(zhǔn)， 向下幾個 mm 進(jìn)行截線選取。同時可能會考慮距出光口不同尺寸下截線上的亮度、色度變化 趨勢進(jìn)行對比，以便更好的對光學(xué)設(shè)計(jì)效果進(jìn)行反饋。 

對圖 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，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. 氛圍燈測試亮度 2D-ISO 圖 

基于以上數(shù)據(jù)進(jìn)行二次開發(fā)，管理員開放設(shè)置權(quán)限，設(shè)置評價條件內(nèi)嵌亮度均勻性、平 滑度、色差計(jì)算算法，即可實(shí)現(xiàn)操作員一鍵判定測試結(jié)果是否合格，下圖 11 是測試效果。 

圖 11 二次開發(fā)后軟件測試效果圖 

四、其它照明客觀測試 

除了汽車氛圍燈，這種評價方法在其他照明、背光的測試分析上也有廣泛應(yīng)用，比如 HUD 顯示測試，儀表、按鈕背光測試，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，在外飾燈光測試中，該系統(tǒng)在信號燈、日行燈以及前照燈的亮度、色度 均勻度評價中也有成熟的應(yīng)用。 

圖 12. 內(nèi)飾儀表和日行燈客觀評價示意圖 

圖 13. 汽車前照燈路面亮度分布客觀評價示意圖 

五、總結(jié) 

利用成像亮度、色度測試系統(tǒng)，可以直接得到被測物的影像，一次測試便可以得到各點(diǎn) 的亮度、色度值，為氛圍燈的客觀測試評價提供了一種簡便、精準(zhǔn)的測試方法。而且可以對 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，此套系統(tǒng)還可以同時應(yīng)用于日行燈、內(nèi)飾、儀表背光的亮度均勻度評測，前照燈 路面光形評測， 以及各種 LCD 顯示器的缺陷、Mura 的測試評價。 

汽車未來將會成為家以外的第二個親密私人空間，汽車內(nèi)飾照明已成為不可忽視的設(shè)計(jì)元素，氛圍燈正處于市場導(dǎo)入及成長階段，如何將氛圍燈設(shè)計(jì)的更好，完美的實(shí)現(xiàn)人車互動，需要主機(jī)廠，車燈廠，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)艾邦建有汽車氛圍燈微信群，吉利、比亞迪、長城、長安、東風(fēng)、宜蘭汽配、寧波華德、延鋒、科思創(chuàng)、庫爾茲、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。

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