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技术丨用成像式亮度计对高解析度Matrix LED大灯测量的技术研究及实例

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摘要

高解析度Matrix矩阵LED的汽车大灯技术将汽车照明技术带入了新的阶段,传统测量方法已经很难满足其性能评价需要。需要创新的测量评估技术。本文从快速配光测试及LED像素亮度测量两个方面进行了详细描述,包括测试原理、测试方案、数据处理、算法,以及影响因素等。其中的快速配光测试方案,也可适用其它AFS智能大灯产品。

当前市场上的自适应头灯中,多采用多颗LED组件彼此并排排列安装在头灯中,需要额外安装电子元件控制LED组件的开关或强度,并且需要针对不同场景设定照明配光模式。随着LED技术的发展,智能高分辨率头灯的问世将自适应大灯带入了新的发展阶段。

典型产品如欧司朗的µAFS LED前灯,包含3个LED光源,每个光源还有1024个独立可控的点光源(像素)。这意味着头灯可准确适应具体的交通状况,确保随时保持最优照明效果。

图1:欧司朗µAFS 高解析度Matrix LED 头灯

这种高解析度的自适应头灯,对测试技术提出了新的挑战,除了需要满足传统的配光测试需求外,还需要考虑另外两个特点:

1) 复杂多变的配光测试:在较短的时间内完成多种场景下的配光测量

2)LED像素的光学性能评价:测试到每个像素的亮度信息。

快速配光测试

汽车前灯的空间光强分布通常通过角度计,在规定距离,进行扫描测试。这种测试方法不仅需要较大的测试空间(通常为25米测试距离),而且需要花费大量的时间(从几十分钟到几个小时)。对于自适应智能大灯,仅仅通过法规测试不能满足要求,最好可以满足一下特点:

1) 测试速度快:即可在较短的时间内完成不同模式下配光测试,还可监控配光本身的稳定性,例如通过动态测试,监控明暗截止线或肘点的稳定性。

2) 具备自动明暗截止线、肘点识别及Re-aim功能,以满足法规测试需求

3) 鉴于白光LED的空间颜色不均匀特点,最好能兼顾颜色特性测试。

如果前灯的光束直接照射在投影幕墙上,投射到幕墙上的光通量在墙上产生一个照度值,这样可以通过图像解析的亮度计得到该墙面的亮度分布。如果该墙面及房间参数足够理想,就可以从亮度图像计算得到相应的照度分布以及光强分布。除此之外,可以得到任意平面的照度分布图(如路面照度分布照度和光通量的关系,10米远处的投影屏照度分布等),也可以得到半球空间的照度分布(就像ECE规定的25米半径的前照灯照度分布)。

如上所述,是一个非常有吸引力的快速测试方法,只需要几秒就可以完成前灯的光学测量。

图2:25米半球范围内的车灯(近光灯)照度分布图,用伪彩色表示照度值,坐标为角度坐标

测试原理

两维的亮度空间分布L(x,y) 是一个与人眼视觉系统相关的物理量。然而,在大灯测试评价领域,人们更加关心照度值。所以,必须进行必要的光度学转换。入射的光通量中的一部分被反射表面所反射(反射率ρ),另外的被吸收,反射部分可以是镜面反射,也可以是漫反射,也可以是二者混合。如果反射是理想的漫反射,则亮度值L(ϑ,ϕ)就与光束的方向无关,L(x, y,ϑ,ϕ ) = L(x, y) ≠ f (ϑ,ϕ ),换种说法,即不同的测试方向得到的亮度值与该处的照度值E(x,y).的比值为一固定常数。如果一个反射表面满足完全漫反射条件,就可以通过图像解析的亮度测试技术直接得到空间的照度分布。

由于采用了漫反射屏作为测试中介,因此我们称之为间接法测量。

图3:间接法快速配光测试原理示意图

杂散光

在对光进行测试时,必须注意,只能让被测量的光进入光接收器件(LMK 成像亮度计),否则,光源在任意表面产生的反射光都有可能进入光接收器,从而使得测试结果偏离。所有非测试需要的光统称为杂散光,反应在亮度图像上,可以在全部或局部增加亮度,在本测试项目中,杂散光对暗区影响,导致亮度值增大,实际上,在该区域,亮度应该更弱,甚至完全没有强度信号。这样就影响了最终的测试结果。实际测试发现,在对比度超过1:200的情况下,与真实值的偏离将非常严重,而且,图像的对比度将会降低。

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