Otomotiv için Optik Ekran Testleri

Otomotiv İçin Optik Ekran Testi

Tüketici elektroniğinde geliştirme, üretim ve kalite güvencesinde yaygın olan ekran teknolojisinin titiz testi, otomotiv endüstrisinde de kullanılmalıdır. Ancak, şu ana kadar karşılaşılan prosedürler ve basit görüntü işleme kameralarının kullanımı genellikle görevi yerine getirmiyor.

Otomobillerde kullanılan ekranlar hızla gelişiyor. Sadece boyut ve çözünürlük sürekli artmıyor, örneğin 1920 × 1200 piksel çözünürlüğe sahip 15,6 inçlik köşegenler orta sınıfa giriyor.

Artık otomobillerde kavisli ekranlar ve serbest biçimli ekranlar da bulunabiliyor. Uzun zamandır baskın olan LCD'lere ek olarak, OLED'ler, head-up ekranlar (HUD'ler) ve yakın gelecekte mikro LED'ler gibi yeni teknolojiler de var. Görüntü kalitesini değerlendirirken, şimdiye kadar başarıyla kullanılan sistemler sıklıkla sınırlarına ulaşıyor. Örneğin, uzmanlar genellikle bir ekranın parlaklık ve renk homojenliğini dokuz noktada ölçerek belirliyor, ancak bu, görüntünün "bulanıklığını" ortadan kaldırmak istiyorlarsa yüksek çözünürlüklü ekranların tekdüzeliği için gereklilikleri karşılamıyor.

Daha küçük homojensizlikleri bile yakalayabilmek için kamera çözümünden başka bir yol yoktur. Bu, DFF'deki (Alman Düz Ekran Forumu) otomobil üreticilerinin çalışma grubunun Black Mura Standardı tarafından dikkate alınır ve yüksek kaliteli ekranların değerlendirilmesi için parlaklık kameralarının kullanılmasını ister, buna göre kameranın çözünürlüğü en azından ekranın çözünürlüğü kadar büyük olmalıdır. Ancak bu tek başına yeterli değildir. Hem kamera hem de yazılım, laboratuvarda ve otomatik üretimde güvenilir, hassas, hızlı ve mümkün olduğunca az çabayla çalışabilmek için temel koşulları karşılamak zorundaydı. Bu makale, parlaklık ve rengin yüksek hassasiyetli ölçümlerine izin veren spektroradyometreler gibi nokta ölçüm cihazları hakkında ayrıntılı bilgi vermez, çünkü bunlar yalnızca büyük çabayla ekranların bütünsel bir karakterizasyonunu sağlar. Peki, kamera tabanlı bir ölçüm sistemi seçerken nelere dikkat etmelisiniz?

Ölçüm sisteminin seçimi

Görüntü işleme kameralarını kullanma fikri açıktır, çünkü bunlar nispeten ucuzdur. Ancak, ekranların parlaklığına ve rengine uyumu tam olarak belirtilen toleranslar çerçevesinde kontrol etme meselesi olduğundan, bu kameralar tam kalibrasyon eksikliği nedeniyle elenir. Bu sistemlerin kullanıcı kalibrasyonu eleştirel olarak ele alınmalıdır, çünkü yalnızca tam olarak uyulması gereken bir ışık spektrumu için geçerli olacaktır. Bu nedenle, yüksek kaliteli renk filtrelerine sahip özel parlaklık ve renk ölçüm kameraları açıkça tercih edilir.

Peltier soğutmalı CCD çipe sahip kalibre edilmiş bir parlaklık ve renk ölçüm kamerası, ortam sıcaklığıyla ölçülen değerlerde dalgalanmalara neden olan termal dengesizliği ortadan kaldırarak bir görüntü işleme kamerasından daha iyi performans gösterecektir. Kamera çipinin soğutulması ayrıca, dinamik aralığı artıran ve özellikle karanlık test görüntülerini ölçerken olumlu bir etkiye sahip olan azaltılmış termal gürültü avantajına sahiptir. Çok yüksek kontrastlar bile hala doğru bir şekilde karakterize edilebilir.

Önemli veriler

En iyi ekran -hangi türde olursa olsun- düzgün bir şekilde test edilemiyorsa pek işe yaramaz. Bu makale, geliştiricilerin test alanındaki meslektaşlarına pratik bir şekilde yüksek kaliteli bir otomotiv ekranı teslim etmek istediklerinde neyin önemli olduğunu açıklıyor. Yalnızca uygun bir sistem çözümüyle geliştirmenin hedefleri üretimde gerçekten uygulanabilir.

Görüntü işleme kameralarının kullanımına karşı çıkan bir diğer nokta da CCD yongalarının genellikle küçük piksel boyutlarıdır ve bu da zayıf bir kuantum verimine yol açar. Bu, bir fotonun elektronik bir sinyal üretme olasılığını önemli ölçüde azaltır. Deneyimler, 5 μm veya daha fazla piksel kenar uzunluğunun zaten çok iyi sonuçlara yol açtığını göstermiştir.

Ekran

Bir kameranın geniş bir dinamik aralığı olsa bile, CCD'nin aşırı yüklenmesini önlemek için yüksek parlaklıklarda bir test dizisinin parçası olarak optik yola bir nötr yoğunluk filtresinin kullanılması gerekebilir. Otomatik bir testte bunun için manuel veya harici bir çözüme ihtiyaç duyulması zaman alıcı olacağından, ideal olarak bu amaçla kamerada farklı güçlerde bir veya daha fazla nötr yoğunluk filtresinden oluşan ve yazılım aracılığıyla kontrol edilen ek bir filtre tekerleği bulunur.

Test edilecek ekranların çözünürlüğünün artmasıyla birlikte, parlaklık ve renk ölçüm kameralarının da artırılması gerekir. Bireysel piksel kusurlarını veya hatta alt piksel hatalarını tespit etmek için, son derece hassas bir parlaklık ve renk ölçüm kamerasının ekran pikseli veya alt pikseli başına en az iki ila üç kamera pikseli olmalıdır. Bunu bir görüntü işleme kamerasıyla başarmak için önemli ölçüde daha fazla kamera pikseli gerekir.

Özel olarak tasarlanmış teknoloji ve yazılım, çözünürlüğü test edilen ekranın çözünürlüğünden daha düşük bir parlaklık ve renk ölçüm kamerasıyla bile bireysel piksel kusurlarını güvenilir bir şekilde tespit etmeyi mümkün kılar. Ekranda, aralıklı piksel yöntemi adı verilen yöntemi kullanan bir dizi nokta matrisli test görüntüsü gösterilir (Şekil 1). İdeal olarak, yazılım tamamen otomatik olarak çalışır, test görüntülerini doğrudan ekranda görüntüler, bireysel görüntüleri tetikler ve bu şekilde elde edilen bireysel görüntüleri, mevcut olabilecek herhangi bir piksel kusurunu içeren sentetik bir genel görüntüde birleştirir. Program hataları bağımsız olarak belirler ve belgeler.

Bu yöntemin bir diğer avantajı, görüntüleme pikseli başına mümkün olduğunca çok sayıda kamera pikseli kullanabilmek için kamera merceğinin kasıtlı olarak bulanıklaştırılabilmesidir (Şekil 2). Bu, ölçüm için kullanılabilecek CCD piksel sayısını ve dolayısıyla ölçüm doğruluğunu önemli ölçüde artırır. Herhangi bir hafif moiré girişimi de odak dışı bırakılabilir ve bu nedenle genellikle artık bir hata kaynağı değildir.

Yüksek çözünürlüklü kameralar

Görüntünün genel değerlendirmesi, bireysel sonuçların bir ve/veya bağlantısından kaynaklanır. Sistem, önceden tanımlanmış verileri doğrudan rapora aktarır. Konica MinoltaDaha düşük çözünürlüklü kameralarda piksel ve hatta alt piksel hatalarının tespit edilme olasılığına rağmen, 16, 29 veya hatta 43 megapiksele sahip yüksek çözünürlüklü kameralar en optimum çözümü sunar. Örneğin, çevrim süresi, özellikle otomatik üretimde kalite güvencesinde sınırlayıcı bir faktör olabilir. Örneğin, 3x3 nokta matrisi kullanılarak daha düşük çözünürlüklü bir kamera ile alt piksel hataları tespit edilecekse, üç birincil kırmızı, yeşil ve mavi için dokuz görüntü edinimi gerekir; bu da kayıtlar ve veri aktarımları için gereken zamana karşılık gelen toplam 27 görüntüye karşılık gelir. Ekran yüzeyinde çizikler veya bir ekranın lamine katmanları arasında toz parçacıkları veya hava kabarcıkları gibi kapanımlar arama gibi ek testler de çok yüksek bir dinamik aralığa ek olarak en yüksek çözünürlükleri gerektirir.

Lectronic Lensler

Tanınmış üreticilerin aydınlatma ve renk ölçüm kameralarında kullanılan lensler söz konusu olduğunda, optik sapmalar genellikle dar sınırlar içinde tutulur. Ayrıca, kısa odak uzaklıklı lenslerin yastık bozulması da dahil olmak üzere uygun kalibrasyon önlemleriyle genellikle neredeyse tamamen telafi edilebilirler. Elektronik olarak ayarlanabilir lenslerin sayısız avantajı vardır. İlk olarak, üretici kamera sistemlerini çeşitli ölçüm mesafeleri için tamamen otomatik olarak kalibre edebilir. Buna karşılık, manuel lensler genellikle manuel çaba nedeniyle yalnızca birkaç seçilmiş ölçüm mesafesi (yani 3, min, orta ve maks) için kalibre edilir. Gerçek ölçüm mesafelerinin sapması durumunda, yazılım bu az sayıdaki destek noktası arasında enterpolasyon yapmalıdır.

Otomatik üretimde, kullanıcıyı etkileyen başka dezavantajlar da vardır. Örneğin, kavisli ekranlar ve serbest biçimli ekranlar, ancak ayrıca vurgulanmış veya girintili arkadan aydınlatmalı sembollerin bir ekrana ek olarak inceleneceği MMI'ler (İnsan Makine Arayüzleri) genellikle farklı seviyelere odaklanmayı gerektirir. Bu, elektronik lenslerle kolayca uygulanabilirken, manuel lensler ise kamerayı veya test nesnesini hareket ettirmek için bir mekanizma gerektirir.

Elektronik lensler, sanal görüntü mesafesinin HUD'lerde belirlenmesi gerektiğinde özellikle avantajlıdır. Bir otomatik odaklama işlevi bunu mümkün olan en basit şekilde mümkün kılar (Şekil 3). Örneğin, farklı çekimler için alan derinliğini veya ışık hassasiyetini ayarlamak için bir görüntüleme testi içinde diyafram açıklığında değişiklik yapmak da gerekebilir. Bu basit bir yazılım komutuyla yapılırsa, otomatik testler çok daha kolay olabilir.

Odak uzaklıkları

İzole olarak bakıldığında, lens odak uzaklıkları, farklı kameraları karşılaştırırken elde edilebilir görüş alanı boyutları açısından çok az öneme sahiptir. Görüş alanı, lens odak uzaklığı azaldıkça artmasına rağmen, CCD çipinin boyutları da görüş alanının boyutunu önemli ölçüde belirler ve parlaklık ve renk ölçüm kameralarında birçok farklı CCD boyutu vardır. Aynı piksel sayısına sahip CCD'ler bile farklı piksel boyutları nedeniyle önemli ölçüde farklı genel boyutlara sahip olabilir.

Bu, üretici A'nın 28 mm lensli 5 megapiksel parlaklık ve renk ölçüm kamerası için 1 m'lik ölçüm mesafesi için 282 mm × 236 mm (piksel kenar uzunluğu 3,45 μm) görüş alanı belirtmesini, ancak üretici B'nin 35 mm lensli 8 megapiksel kamerası için aynı ölçüm mesafesi için 537 mm × 403 mm görüş alanı belirtmesini açıklar; bu, üç kattan daha büyüktür (piksel kenar uzunluğu 5,5 μm). Tanımlı boyuttaki bir ekran için ölçüm mesafesi sınırlıysa, kamera sağlayıcısının belirli bir ekran boyutu, mevcut ölçüm mesafesi ve gereken kamera çözünürlüğü için neyin uygulanabilir olduğunu hesaplaması mantıklıdır.

Yazılım

Parlaklık ve renk ölçüm kameraları için yazılım paketleri artık değerlendirme seçenekleri açısından oldukça kapsamlıdır. Örnekler arasında konturları da takip edebilen çizgi profilleri, ölçülen değerlerin sahte renk ve yarı-3B gösterimleri ve doğru boyut, renk ve parlaklık için sembollerin tanınması ve doğrulanması yer alır. Daha önce bahsedilen Black Mura testinde size rehberlik eden bir asistan da genellikle mevcuttur. Değişen analiz görevlerini çözmek zorunda olan geliştirme ve kalite güvencesindeki kullanıcılar, bu araçları kullanarak ekranları, MMI'leri ve gösterge kümelerini hızla karakterize edebilir ve elde edilen sonuçları doğrudan belgeleyebilir.

Yinelenen ölçümler ve değerlendirmeler için Yazılım Geliştirici Kitleri (SDK'lar) vardır, ancak aynı zamanda otomatik üretime entegrasyon için de mevcuttur. Ancak şimdiye kadar yalnızca çok az üretici otomatik ekran testi için eksiksiz bir yazılım paketi sunmaktadır. İdeal olarak, kullanıcı otomatik olarak çalışan eksiksiz bir test dizisi tanımlamak için bir dizi kontrol sistemi kullanabilir (Şekil 4).

Burada, bir kütüphaneden test görüntülerinin seçilmesini içeren dizinin her bir testini tamamen parametrelendirmek mümkündür. Program daha sonra görüntüleri gerekli zamanda oynatır ve gerekirse çeşitli arayüzler aracılığıyla ekranı, MMI'yi veya gösterge panelini de kontrol edebilir. Testlerin "geçerli" veya "kalıcı" olması için parametreler de seçilebilir. Piksel hataları için test yaparken, örneğin, "ölü" veya "sıkışmış" piksellerin veya alt piksellerin maksimum sayısı ve doğrudan bitişik piksel hatalarının maksimum sayısı olabilir.

Elbette, böyle bir yazılım paketi, kullanıcı için ne kadar çok araç otomatikleştirirse o kadar çekici hale gelir. Örneğin, ekranın kameraya göre yönelimini tespit etmek, bunu hesaba katmak ve kamera görüntüsünün ekrana ait olmayan alanlarını kaldırmak için görüntü işlemeyi kullanmak mümkündür (Şekil 5). Bu, ekranın kameraya göre tam olarak hizalanmasına olan ihtiyacı ortadan kaldırır ve bu da özellikle otomatik testler için test ekipmanının yapımında harcanan çabayı önemli ölçüde azaltabilir. Ayrıca laboratuvarda çalışmayı çok daha kolay hale getirir.

Moiré Kaldırma

Bir diğer yararlı araç, otomatik matematiksel moiré kaldırmadır, yani kameranın çözünürlüğü ile kaydedilen ekranın çözünürlüğü arasındaki bir girişimin kaldırılmasıdır (Şekil 6). Bu etkiyi, örneğin bir gömlek üzerindeki ince desenlerin televizyon görüntülerinden de biliyoruz. Görüntüleme testinde, bu tür eserler doğal olarak homojenliklerin değerlendirilmesini engeller ve kapanımlar veya ölü pikseller gibi küçük kusurların bulunmasını engeller. Ekranı kasıtlı olarak bulanıklaştırma, eğme veya kamera ile ekran arasındaki mesafeyi artırma gibi geleneksel yöntemlerin aksine, küçük kusurlar görünür kalır ve kameranın tüm görüş alanı hala ekranı kaydetmek için kullanılabilir.

Sonuç

Görüntüleme testi için bir sistem seçerken akıllıca dikkate alınan kamera, lens ve yazılımla ilgili belirtilen tüm noktalara ek olarak, laboratuvarda veya otomatik üretimde erken bir aşamada uygulamayı da düşünmelisiniz, çünkü sonuçta belirtilen arayüzleri, iletişim protokollerini ve veri formatlarını hesaba katmak önemlidir. Sistem tedarikçisi gerektiği kadar destek sağlayabilmelidir. Eğer tedarikçi ile birlikte kurulum ve eğitimin bir parçası olarak testler yapılabilirse en büyük engeller aşılmış olacaktır.