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智能車燈光學(xué)特性快速檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2021-11-10 17:56:49·  來源：IFAL  作者：Li Song 等  
　
原文：《Key technologies for fast optical characteristics test of intelligent lights》作者：Li Song, Xian Tang, Jinyu Yuan, Jiangen Pan編譯：繆雯卿 褚
原文：《Key technologies for fast optical characteristics test of intelligent lights》
作者：Li Song, Xian Tang, Jinyu Yuan, Jiangen Pan
編譯：繆雯卿 褚蕓
指導(dǎo)：林燕丹

前照燈性能規(guī)范
針對(duì)汽車前照燈的光質(zhì)要求，國(guó)內(nèi)外制定的一系列汽車照明標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范了智能車燈的光學(xué)性能和光束形狀特性。最近C-NCAP發(fā)布對(duì)前照燈道路照明性能的評(píng)估規(guī)程，本規(guī)程采用整車靜態(tài)室內(nèi)評(píng)價(jià)法，規(guī)定了前照燈的照度面積、光束形狀和照度，并給出了評(píng)分方法和權(quán)重，如果前照燈具有自適應(yīng)功能，則可根據(jù)功能情況添加附加點(diǎn)，例如遠(yuǎn)光和近光燈的自動(dòng)切換功能或自動(dòng)光束形狀改變功能，如圖1所示。



圖1 自動(dòng)切換遠(yuǎn)光燈和近光燈(左)
自適應(yīng)前照燈光束形狀變化(右)

關(guān)鍵技術(shù)

為了大幅度提高智能前照燈配光測(cè)試速度，保證測(cè)試效率，本文采用基于成像技術(shù)的測(cè)試方案如圖2所示。智能前照燈測(cè)試系統(tǒng)在前照燈附近放置一個(gè)快速成像照度分析儀，以成像接收屏幕上的光分布。然后通過校準(zhǔn)和轉(zhuǎn)換，進(jìn)一步獲得距離前照燈25m處的照度/發(fā)光強(qiáng)度分布，以確保測(cè)試結(jié)果與實(shí)驗(yàn)室測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試結(jié)果一致。該成像方法可以一次性測(cè)量前照燈的光分布，大大提高了測(cè)試速度，非常適合智能前照燈的快速光分布測(cè)試。

圖2 前照燈配光測(cè)試系統(tǒng)

智能前照燈配光的高精度檢測(cè)，關(guān)鍵技術(shù)在于快速成像照度分析儀和算法。必須確保“準(zhǔn)確測(cè)量”和“正確判斷”。
1. 快速成像照度分析儀
（1）V（λ）失配
智能前照燈標(biāo)準(zhǔn)要求在配光測(cè)試中測(cè)試關(guān)鍵點(diǎn)的照度，光學(xué)測(cè)試儀器匹配人眼光學(xué)效率函數(shù)V（λ）為了確保測(cè)試儀器與人眼感覺一致，需要準(zhǔn)確測(cè)量照度。因此，儀器的V（λ）失配精度直接影響照度測(cè)量的精度。失配程度按式（1）計(jì)算：




（2）儀器的下限和測(cè)量范圍
為了行車安全，國(guó)家法律法規(guī)明確規(guī)定近光燈必須有明顯的截止線。前照燈左側(cè)為低燈，右側(cè)為高燈，以避免影響迎面而來的車輛，如圖3所示。如果測(cè)量?jī)x器的下限不夠低，成像圖像中的截止線會(huì)變得模糊；并且光分布的亮區(qū)和暗區(qū)之間的對(duì)比度相對(duì)較大，至少為104。因此，用于測(cè)試智能前照燈光束形狀的快速成像照度分析儀必須具有較低的測(cè)量下限和較高的動(dòng)態(tài)范圍。



圖3 墻上的截止線(右圖)道路上的截止線(左圖)

（3）成像質(zhì)量
成像系統(tǒng)應(yīng)具有較高的空間分辨率，以確保成像圖像的清晰度。如果無法避免系統(tǒng)的失真，則可以通過校準(zhǔn)消除由成像失真引起的誤差。如圖5所示，由于桶形失真（圖4（a））或枕形失真（圖4（b）），成像圖像略微失真，并且可以通過失真校正（圖4（c））獲得準(zhǔn)確的圖像。


圖4 (a)桶形失真; (b)枕形失真; (c)失真校正圖像

2. 算法
（1）自動(dòng)識(shí)別
在智能前照燈配光試驗(yàn)中，需要找到標(biāo)準(zhǔn)要求的截止線、拐點(diǎn)等關(guān)鍵點(diǎn)的正確位置。為了保證批量產(chǎn)品的一致性和客觀性，有必要采用算法進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別。前照燈的近光形狀規(guī)定在亮區(qū)和暗區(qū)之間有一條相對(duì)清晰的分界線。前照燈截止線的理想要求如圖5左圖所示。實(shí)際上，光分布模式存在過渡間隔，無法保證線性，如圖5右圖所示。



圖5 前照燈的理想光分布(左圖)和實(shí)際光分布(右圖)

由于前照燈通常具有較大的照度，背景照度將影響成像圖片的對(duì)比度，并將導(dǎo)致低照度位置的提取跳躍。此時(shí)，需要專業(yè)的去噪處理和特征點(diǎn)提取方法來準(zhǔn)確確定LED模塊截止線的位置和形狀，以確保提取的可靠性和可重復(fù)性。如圖6所示，經(jīng)過算法處理，在低照度位置相對(duì)準(zhǔn)確，位置波動(dòng)小，受噪聲影響小。


圖6 (a)噪聲處理前1lx截止值; (b)噪聲處理后1lx截止值

（2）自動(dòng)調(diào)光控制
一般來說，出廠前必須手動(dòng)調(diào)整并確定截止線的位置和高度。為了節(jié)省測(cè)試時(shí)間和簡(jiǎn)化過程，智能燈快速光學(xué)特性測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)配備自動(dòng)調(diào)光功能。軟件進(jìn)行自動(dòng)控制調(diào)光、測(cè)試和判斷，直到截止線達(dá)到理想位置并保持穩(wěn)定以停止調(diào)整。通過調(diào)整前照燈光輪廓的高度，將截止線調(diào)整到最佳位置（綠線標(biāo)記），如圖7所示。



圖7 調(diào)光前截止線位置(左圖)和調(diào)光后截止線位置(右圖)

光學(xué)特性快速測(cè)試系統(tǒng)

1. 智能前照燈光學(xué)特性快速檢測(cè)系統(tǒng)EVERFINE OA-Lab
本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)配備高精度快速成像設(shè)備和獨(dú)特的算法，能實(shí)現(xiàn)智能前照燈配光性能的快速準(zhǔn)確檢測(cè)。同時(shí)，通過軟件控制前照燈的調(diào)光系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)光束形狀的自動(dòng)調(diào)節(jié)。系統(tǒng)軟件除了自動(dòng)識(shí)別截止線和拐點(diǎn)位置外，還可以給出前照燈25m處的照度分布、道路照度圖以及轉(zhuǎn)換燈的等強(qiáng)度分布圖，如圖8所示。


圖8 EVERFINE OA-Lab系統(tǒng)軟件功能

2. 智能投影燈和尾燈光學(xué)特性快速檢測(cè)系統(tǒng)
針對(duì)智能投影燈和尾燈更注重亮度、色度和均勻性的測(cè)試，本文提出了相應(yīng)的快速光學(xué)特性測(cè)試解決方案——CX-800C成像色度儀，如圖9所示。采用V（λ）失配精度達(dá)到1級(jí)的探測(cè)器，專利冷卻技術(shù)可達(dá)到測(cè)試下限低至0.0005 cd/m2，測(cè)試動(dòng)態(tài)范圍高達(dá)108。該儀器具有高像素特性，一次測(cè)量相當(dāng)于同時(shí)測(cè)試數(shù)百萬個(gè)聚光燈亮度計(jì)，以確保快速測(cè)試亮度/顏色均勻性。



圖9 EVERFINE CX-800C成像色度計(jì)及其測(cè)試案例

結(jié)論

為了保證智能車燈的光學(xué)性能滿足設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)要求，本文從光學(xué)測(cè)量?jī)x器和算法兩個(gè)方面給出了智能前照燈快速光學(xué)特性檢測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)要點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，提出了智能前照燈檢測(cè)方案。通過高質(zhì)量的成像設(shè)備和基于實(shí)驗(yàn)室測(cè)量和人眼模擬的深度學(xué)習(xí)算法，測(cè)試不僅滿足了智能前照燈對(duì)測(cè)試速度和效率的要求，而且大大提高了測(cè)試精度。此外，本文還針對(duì)智能投影燈和尾燈的快速光學(xué)特性測(cè)試系統(tǒng)提出了相應(yīng)的測(cè)試方案，為行業(yè)內(nèi)的測(cè)試驗(yàn)證提供了一定的參考。
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