為什么汽車氛圍燈需要標定?

對于常年接觸測量儀器、檢測設(shè)備的工程師們來說Calibration(標定、校準)這個詞一定不會陌生,測量設(shè)備的標定工作之于標定設(shè)備的使用而言,好比吃飯喝水之于我們這般重要。舉個生活中常見的例子,超市中電子秤的去皮功能、以及使用1kg砝碼的數(shù)值調(diào)教,就是針對電子秤這個產(chǎn)品而言的用戶標定(去皮),廠家標定(1kg計量砝碼調(diào)教)。很難想象離開了標定后的檢測設(shè)備表現(xiàn),將會呈現(xiàn)出怎樣的情況。

回歸到光度學(xué)色度學(xué)的檢測設(shè)備,針對于光度/色度學(xué)中常見的動輒色坐標±0.003,重復(fù)性精度±0.0005的設(shè)備來說,標定則會顯得尤為重要。

顏色,怎么樣才能叫測得準呢?

無論是哪一種測量,測量的準確程度,都應(yīng)該要回歸至概念的定義本身。顏色測量的本質(zhì)是基于CIE一個光學(xué)的計量實驗,以獲得下圖的顏色匹配函數(shù)(Color Matching Function)。

每一種顏色的曲線積分得到一種刺激值,就是常見的X,Y,Z(三刺激值)的數(shù)值,通過如下CIE1931或CIE1976的轉(zhuǎn)換公式,得到為人所熟知的(Cx,Cy) 或者是(u’, v’)。

從這里也可以開始看出,顏色色坐標的定義和計算中顏色匹配函數(shù)扮演著重要的一環(huán),能否優(yōu)秀的響應(yīng)顏色匹配函數(shù)將會決定最終色彩測量的精度。同時,色彩測量的基準也就呼之欲出了,必定是能進行色彩光譜數(shù)值測量的設(shè)備——分光輻射度計,比如柯美的CS-2000/CS-2000A或IS的CAD-140D這樣的產(chǎn)品。這類型的產(chǎn)品可以進行光譜數(shù)據(jù)的測量和提取,通過顏色匹配函數(shù)直接計算出精確的X,Y,Z三刺激值。

但是,在實際應(yīng)用中,使用得更為廣泛的應(yīng)該是下圖這種——成像色度計。

randiant成像色度計

這種設(shè)備的原理與分光輻射度計測量光譜的方式略微有些不同,它通過在傳感器前放置一個匹配顏色匹配函數(shù)的X、Y、Z,XB濾光片,實現(xiàn)對于三刺激值的測量。有意思的地方,以及各家成像色度計的區(qū)分度就是從這塊濾片這里開始衍生出很多說法來。

雖說與視覺函數(shù)匹配是最終的理想,實際上在濾光片成型的過程中,受到工藝、設(shè)備自身局限性等等影響,最終往往會在某個小波段上容易產(chǎn)生一定的偏差。當(dāng)一項精密工藝放大數(shù)十成百倍觀察時,又能有幾個相似的濾光片呢?

精密儀器與精密測量的難度在于,萬分之一的波動,十分之一的體現(xiàn)。特別當(dāng)測量光源為LED這類功率譜分布較為集中,通常波峰差異值在5-10nm的時候。局部的失配可能會在部分的測量中體現(xiàn)出不可接受的誤差變化。

有問題,就會有方案,對于明確來源的問題,解決起來也變得簡單。設(shè)備出現(xiàn)了不準確的情況,首先能夠想到的就是對其進行對標,也就是進行用戶層面的根據(jù)實際使用情況的標定工作。成像色度計的做法也是一樣,需要進行的是對標的工作,進行用戶層面的標定工作。那么數(shù)據(jù)應(yīng)該對標到什么地方呢?邏輯也很簡單,誰測試得準,就找誰。

CS-2000

所以當(dāng)問題探討到這里,答案也就呼之欲出了,對成像色度計的標定工作,需要一臺分光輻射度計來配合進行,通過對光譜的精確測量和計算來完成設(shè)備的標定工作。簡單來說就是兩臺設(shè)備一起測量同一個物體的同一個位置,將兩者數(shù)據(jù)比對并進行合理的補償,使得兩者測試結(jié)果相同的這么一個過程。經(jīng)過標定后的設(shè)備,在實際的測量中的表現(xiàn)將會比未進行標定的設(shè)備有一個本質(zhì)上的提升。

未來

再向前走一步,探索精度的邊界,兩臺設(shè)備進行用戶標定的過程中,會不會存在新的問題?答案是肯定的,分光輻射度計,目前仍然是針對于單點的一個高精度測試工具,而成像式色度計本質(zhì)上是一臺針對于平面的測試設(shè)備。如何保證點式設(shè)備測試點位是成像式設(shè)備中選擇的點位會變得尤為關(guān)鍵。

回到氛圍燈的測試可以看到,對同一款產(chǎn)品的不同點位測試,實質(zhì)上得到的將會是不同的結(jié)果,傳統(tǒng)的點式設(shè)備使用依賴于人工描點,再進行點位選取的方式進行標定。將會給設(shè)備的測量引入不必要且不可控制的人為誤差。

測試數(shù)據(jù)圖

那么,當(dāng)需要將測試精度進一步嚴謹科學(xué)的推進,避免不必要的誤差的產(chǎn)生,需要確保設(shè)備在標定過程中兩臺設(shè)備測試角度、距離、測試點位等測試條件的高度一致性。同時要求設(shè)備的標定過程能夠?qū)崿F(xiàn)可追溯,可復(fù)現(xiàn)。以便于品質(zhì)以及實驗室研發(fā)部門的管理和統(tǒng)一。

這就要求標定過程,需要有一定的自動化能力,能夠?qū)崿F(xiàn)精密的自動化控制功能。針對此問題,行業(yè)通常會采用如下實驗室測量平臺,平臺搭載兩臺測試設(shè)備,通過結(jié)構(gòu)設(shè)計——實現(xiàn)對產(chǎn)品的自動化測量和設(shè)備的自動化標定功能。

實驗室標定測量平臺A(機械式)

實驗室標定測量平臺B(機械臂式)

機械與軟件的加入,量化了測試、標定過程中的過程參數(shù),減少了高精度操作過程中的人為因素干擾。實現(xiàn)每一個動作的量化、高精度追溯、高精度復(fù)現(xiàn)這三個重要功能。

這是目前行業(yè)內(nèi)常用的成熟的解決方案,也是一些第三方檢測機構(gòu)、主機廠和Tier 1的選擇。再往前走,又會是一副怎樣的光景呢?答案還不得而知,光色和光色的伙伴們?nèi)栽谔剿髀飞吓G斬棘,尋找下一個問題的答案。