将计算机视觉与亮度测量相结合以实现更有效的背光符号检测

作者:
Anne Corning

汽车行业将安全性视为车辆设计和制造的首要考虑因素之一。虽然技术、消费者期望和市场力量在过去数十年中发生了很大变化,但安全性仍然是最重要的方面。发光组件对每辆车的安全性至关重要。车载发光组件不仅可以向驾驶员传递重要信息,而且能够在任何环境光或环境条件下促进车辆操作安全。

仪表板是视觉信息的中心枢纽,通常包括发光仪表、符号、指示灯和警告灯,可以帮助驾驶员操作车辆和监控车辆状态。此外,发光组件在汽车中控台中也很常见,包括许多背光控制装置、发光按钮和表盘以及GPS、信息娱乐和环境指示显示屏。

近年来,LED技术的进步、OLED等新型显示器技术的开发以及新的自由形态/曲面显示器的面世推动汽车设计师将更多种类的显示器、背光仪表板、控制装置和照明组件整合到车辆内部的所有区域。与此同时,车辆上传感器系统的激增正在为驾驶员提供越来越多的实时信息,例如:以图标形式在显示器上或侧视镜中显示其他车辆接近警示信息。

根据行业标准的规定,警示灯和指示灯等车载发光元件必须满足亮度、色度、清晰度和形状方面的严格规范要求。制造商们必须根据行业安全和性能标准以及企业内部质量规范对这些元件进行测试;随着技术的不断发展,检测方案也越来越复杂。

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汽车仪表板上的标准背光图标和符号。

发光组件的检测要求

要测试车辆中所有发光元件的视觉性能和质量,所采取的检测解决方案必须满足以下要求:

  • 提供绝对亮度(照度)和色度(颜色)测量
  • 测量背光区域的亮度或色度均匀性
  • 评估发光区域(比如:符号)的形状和完整性(识别夹杂物、排除物等缺陷)
  • 能够评估符号的位置,包括在发生旋转或移动的情况下(“动态配准”)
  • 提供完整检测数据,用于向行业标准监督和认证机构报告
  • 能够在生产环境下快速执行自动化评估

现有系统。通常,汽车制造商会将以下不同的方法搭配使用以执行所需的检测。然而,每种方法仅能提供部分解决方案:

  • 点式亮度计 – 能够提供绝对亮度和色度测量,但一次只能测量一个小区域(点)。点式亮度计无法评估形状完整性,也无法检测尺寸缺陷。
  • 人工检测员– 能够快速识别符号的形状、方向和完整性,但无法执行绝对亮度和色度测量。此外,人工检测员的雇用成本高昂,并且容易疲劳和出错。
  • 机器视觉相机– 能够将字符、形状和符号与黄金样本进行比较和准确匹配,以执行完整性检查和缺陷检测。然而,机器视觉相机无法测量绝对亮度和色度。此外,如果符号位置和方向发生变化,或者被测元件未完全对位(举例来说,生产线上的激光切割组件经常发生这种情况),这类系统也可能无法执行测试。这个问题需要使用复杂的治具进行检测设置来解决。
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背光指示灯的颜色(色度)和亮度(照度)必须保持均匀性,并且符合严格的监管规范要求。

新型检测解决方案:机器视觉功能 + 亮度测量

瑞淀在为汽车行业开发基于亮度测量的光线和色彩测量解决方案方面拥有数十年的悠久历史,这使我们具有独特的市场地位。一方面,我们将亮度测量作为公司的业务基础;另一方面,与发光组件有关的额外检测需求为我们提供了拓展专业知识的机会,以解决表面检测、玻璃检测、装配验证等领域中一些更具挑战性的机器视觉问题。通过将我们的经验和能力结合在一起,一种新的解决方案诞生了,即:VIP™(视觉检测工具包)软件

VIP软件是一套建立在瑞淀的TrueTest™ 自动化检测软件平台之上的机器视觉工具。通过与ProMetric® 成像亮度计或色度计搭配使用,VIP软件可以通过单个图像对组件的亮度、色度和缺陷执行完整测量。VIP软件将基于亮度测量的成像科学与成套机器视觉工具结合在了一款解决方案中,为汽车制造商提供一系列完整的选项以解决不同的检测需求。

认识到需要更可靠的符号检测系统

汽车中有数十种类型的发光组件,通常由不同的供应商制造。这可能会导致出现细微的差异,包括同一辆车的不同元件之间、同一供应商的不同生产流程之间以及从不同供应商处收到的同一元件的不同批次之间。

举例来说,请考虑一下盲区指示灯:如果盲区内有另一辆车,警示符号将会亮起以提醒驾驶员,这有助于防止发生碰撞。指示灯通常是通过激光切割模板层来制造的,该模板层将覆盖在发光面板上,光线将穿过模板层以照亮符号。

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来自别克Lucerne右侧后视镜的盲区指示灯(两辆车并排放置的右侧照明图像)。(图片:NHTSA1

盲区指示灯是一种非常关键的车辆安全组件,因此在亮度值和色度值、形状和位置方面必须满足严格的要求。盲区指示灯在所有环境条件下都必须保持清晰、可见且易读。然而,盲区指示灯的检测特别具有挑战性,其中治具的使用(将元件固定到位以进行检测)可能会很困难。即使用于检测的激光切割或元件放置设置仅存在数毫米的差异,也可能会干扰机器视觉系统的有效测量。

通常,盲区指示灯组件的检测分为两个阶段进行:

  • 使用机器视觉系统对元件进行检测,以确定符号的形状和完整性(确保无任何缺陷,比如夹杂物或排除物)。
  • 使用亮度测量系统对元件进行检测,以测量亮度值和色度值。
VIP icon and shape inclusion exclusion

制造商们必须检测背光符号的形状和构造是否存在缺陷,比如间隙(排除物,左侧)或额外元素(夹杂物,右侧)。

在实践中,这种多阶段检测方式要求制造商将每个元件从一个检测站移动到另一个检测站,实质上是对每个元件进行两次检测。这不仅很耗时,而且需要使用多件设备,此外两次检测的结果还有可能存在差异。而借助瑞淀的VIP软件,制造商们可以使用单套系统通过单个测量图像对符号的形状、方向、照明和颜色进行全面的检测。通过使用VIP软件,制造商们可以将两条检测线合二为一,从而缩短检测时间,并节省检测人工。

与此同时,VIP软件可以采集到用于内部质量控制以及向相关监管机构进行报告所需的完整数据集。这些监管机构负责监控仪表显示器是否符合相关标准,比如:美国的MIL-DTL-7788标准(前身为汽车工程师协会SAE AS7788 标准)和联邦机动车辆安全标准FMVSS 111;以及全球范围内的其他同等标准,比如:JASO标准(日本)和DFF标准(德国)。

动态配准功能

在准确评估可能发生旋转或出现在定位范围以外发光区域的能力方面,传统的机器视觉系统存在局限性。瑞淀VIP软件的另一个优点在于其能够执行动态配准。无论组件或组件特征的位置或方向存在何种轻微变化,瑞淀VIP软件都可以准确定位和配准关注区域(ROI),从而简化组件放置和治具设置。

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瑞淀VIP软件可以基于经过培训的配准区域自动配准图标和形状。全局配准(左)可确保图标之间的相对关系保持准确。局部配准(右)则可以确保无论位置或方向如何,都可以对图标进行准确的测量和检测。

VIP rotated shape

航空行业也针对背光图标和符号的检测制定了严格的要求,比如:上图中的这些乘客安全带图标。在这种情况下,我们通过在定义的关注点(POI)位置(绿色圆圈)测量符号来确定质量。无论符号相对于检测系统是否发生旋转,都必须维持这些POI的位置,以确保检测的准确性。

对于必须确保发光组件质量的汽车制造商而言,同时执行光线测量、完整性检查和缺陷检测是一项存在已久的挑战,必须采用高效的解决方案才能解决。瑞淀的VIP软件提供市场上唯一一款将所有这些功能整合在一起的解决方案,并且在执行动态配准方面具有独特的灵活性,从而提高了易用性。VIP软件最近荣获了年度视觉系统设计创新大奖,这是业界对这款解决方案的独特性和突破性的高度认可。

了解更多有关瑞淀VIP(视觉检测工具包)软件的信息。

 

VIP (Vision Inspection Pack) Software - Innovators Award 2021

 

瑞淀ProMetric成像亮度计和VIP 软件e工具包。

 

引用文献

  1. Forkenbrock, G., et al., Blind Spot Monitoring in Light Vehicles – System Performance. Report No. DOT HS 812 045, July 2014, Washington, DC: National Highway & Traffic Safety Administration.
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