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智能車燈光學(xué)特性快速檢測系統(tǒng)設(shè)計
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
針對汽車前照燈的光質(zhì)要求，國內(nèi)外制定的一系列汽車照明標準規(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)布對前照燈道路照明性能的評估規(guī)程，本規(guī)程采用整車靜態(tài)室內(nèi)評價法，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，例如遠光和近光燈的自動切換功能或自動光束形狀改變功能，如圖1所示。
圖1 自動切換遠光燈和近光燈(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試速度，保證測試效率，本文采用基于成像技術(shù)的測試方案如圖2所示。智能前照燈測試系統(tǒng)在前照燈附近放置一個快速成像照度分析儀，以成像接收屏幕上的光分布。然后通過校準和轉(zhuǎn)換，進一步獲得距離前照燈25m處的照度/發(fā)光強度分布，以確保測試結(jié)果與實驗室測試系統(tǒng)的測試結(jié)果一致。該成像方法可以一次性測量前照燈的光分布，大大提高了測試速度，非常適合智能前照燈的快速光分布測試。
圖2 前照燈配光測試系統(tǒng)
智能前照燈配光的高精度檢測，關(guān)鍵技術(shù)在于快速成像照度分析儀和算法。必須確保“準確測量”和“正確判斷”。
1. 快速成像照度分析儀
（1）V（λ）失配
智能前照燈標準要求在配光測試中測試關(guān)鍵點的照度，光學(xué)測試儀器匹配人眼光學(xué)效率函數(shù)V（λ）為了確保測試儀器與人眼感覺一致，需要準確測量照度。因此，儀器的V（λ）失配精度直接影響照度測量的精度。失配程度按式（1）計算：
（2）儀器的下限和測量范圍
為了行車安全，國家法律法規(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。如果測量儀器的下限不夠低，成像圖像中的截止線會變得模糊；并且光分布的亮區(qū)和暗區(qū)之間的對比度相對較大，至少為104。因此，用于測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量下限和較高的動態(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）自動識別
在智能前照燈配光試驗中，需要找到標準要求的截止線、拐點等關(guān)鍵點的正確位置。為了保證批量產(chǎn)品的一致性和客觀性，有必要采用算法進行自動識別。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比度，并將導(dǎo)致低照度位置的提取跳躍。此時，需要專業(yè)的去噪處理和特征點提取方法來準確確定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，在低照度位置相對準確，位置波動小，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）自動調(diào)光控制
一般來說，出廠前必須手動調(diào)整并確定截止線的位置和高度。為了節(jié)省測試時間和簡化過程，智能燈快速光學(xué)特性測試系統(tǒng)應(yīng)配備自動調(diào)光功能。軟件進行自動控制調(diào)光、測試和判斷，直到截止線達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)特性快速測試系統(tǒng)
1. 智能前照燈光學(xué)特性快速檢測系統(tǒng)EVERFINE OA-Lab
本文所設(shè)計的系統(tǒng)配備高精度快速成像設(shè)備和獨特的算法，能實現(xiàn)智能前照燈配光性能的快速準確檢測。同時，通過軟件控制前照燈的調(diào)光系統(tǒng)，實現(xiàn)光束形狀的自動調(diào)節(jié)。系統(tǒng)軟件除了自動識別截止線和拐點位置外，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)特性快速檢測系統(tǒng)
針對智能投影燈和尾燈更注重亮度、色度和均勻性的測試，本文提出了相應(yīng)的快速光學(xué)特性測試解決方案——CX-800C成像色度儀，如圖9所示。采用V（λ）失配精度達到1級的探測器，專利冷卻技術(shù)可達到測試下限低至0.0005 cd/m2，測試動態(tài)范圍高達108。該儀器具有高像素特性，一次測量相當于同時測試數(shù)百萬個聚光燈亮度計，以確?？焖贉y試亮度/顏色均勻性。
圖9 EVERFINE CX-800C成像色度計及其測試案例
結(jié)論
為了保證智能車燈的光學(xué)性能滿足設(shè)計和標準要求，本文從光學(xué)測量儀器和算法兩個方面給出了智能前照燈快速光學(xué)特性檢測系統(tǒng)的技術(shù)要點。在此基礎(chǔ)上，提出了智能前照燈檢測方案。通過高質(zhì)量的成像設(shè)備和基于實驗室測量和人眼模擬的深度學(xué)習(xí)算法，測試不僅滿足了智能前照燈對測試速度和效率的要求，而且大大提高了測試精度。此外，本文還針對智能投影燈和尾燈的快速光學(xué)特性測試系統(tǒng)提出了相應(yīng)的測試方案，為行業(yè)內(nèi)的測試驗證提供了一定的參考。
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