投影機(jī)光學(xué)自動(dòng)測定系統(tǒng)亮度數(shù)據(jù)優(yōu)化設(shè)計(jì)

李晨

（麥克賽爾數(shù)字映像（中國）有限公司，福建 福州350014）

1 概述

亮度（light out）是投影機(jī)產(chǎn)品最重要光學(xué)性能指標(biāo)之一，在項(xiàng)目投標(biāo)時(shí)，投影機(jī)的亮度、色度等性能參數(shù)及目視效果，對(duì)中標(biāo)與否起了至關(guān)重要的作用，部分投標(biāo)案件需要提供此型號(hào)投影機(jī)量產(chǎn)時(shí)的整體光學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行參考，中國國內(nèi)標(biāo)案一般要求量產(chǎn)平均亮度要達(dá)到亮度標(biāo)稱值的90%以上，若整體亮度數(shù)據(jù)與亮度標(biāo)稱值不符，則失去投標(biāo)資格。

一般日系投影機(jī)廠家通常采用亮度測定標(biāo)準(zhǔn)為ANSI 流明。ANSI 流明標(biāo)準(zhǔn)由美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（American National Standards Institute 簡稱“ANSI”）在1992 年制定，用于測定由投影機(jī)生成的視頻輸出亮度[1]。該方法使用照度計(jì)測定投影屏幕（40 英寸-70 英寸）上規(guī)定的9 個(gè)點(diǎn)，并通過9 點(diǎn)的平均照度算出ANSI 流明。目前我司對(duì)包括ANSI 流明在內(nèi)投影機(jī)的光學(xué)數(shù)據(jù)測定使用的是一套基于高精度照度計(jì)T-10A 以及色彩照CL-200 組合使用的自動(dòng)測定系統(tǒng)（本文僅討論使用T-10A 的部分）。投影機(jī)在流水線上通過光學(xué)測定工位時(shí)，為了提高作業(yè)節(jié)拍，經(jīng)常忽略對(duì)投影機(jī)擺放位置進(jìn)行調(diào)整，導(dǎo)致作業(yè)時(shí)會(huì)有個(gè)別T-10A 獲取到的數(shù)值為異常值，并將其用于亮度計(jì)算，使得整批產(chǎn)品的平均亮度數(shù)據(jù)值低于實(shí)際的亮度水準(zhǔn)，從而在投標(biāo)案件中處于不利地位。

本文介紹了一種對(duì)投影機(jī)光學(xué)檢測軟件的優(yōu)化設(shè)計(jì)，使得在不影響量產(chǎn)作業(yè)時(shí)正常亮度測試能力的情況下，篩出異常數(shù)據(jù)，優(yōu)化整體亮度數(shù)據(jù)。

2 光學(xué)亮度測試系統(tǒng)構(gòu)成

2.1 系統(tǒng)描述

本系統(tǒng)由一臺(tái)電腦進(jìn)行中控，中控電腦分別與投影機(jī)、信號(hào)發(fā)生器、照度計(jì)進(jìn)行通信。

測定前對(duì)投影機(jī)、信號(hào)發(fā)生器、照度計(jì)進(jìn)行初始化，確認(rèn)后三者為正?？煽貭顟B(tài)；由電腦發(fā)出指令控制信號(hào)發(fā)生器向投影機(jī)輸入一個(gè)100%全白信號(hào)；同時(shí)電腦自動(dòng)讀取對(duì)應(yīng)機(jī)種文件控制投影機(jī)處于亮度測定狀態(tài)并切換至輸入信號(hào)相應(yīng)頻道；投影機(jī)投射白畫面；位于投影屏幕上9 個(gè)不同位置的照度計(jì)（從左到右分三列，編號(hào)從0 到8）接收到光線并測量亮度，依次將數(shù)據(jù)反饋回中控電腦，由中控電腦對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理。

2.2 亮度測定條件及算法

條件：投影機(jī)需處于亮度、對(duì)比度最大的狀態(tài)；周邊環(huán)境亮度需近乎為0 lux；輸入100%白信號(hào)（0.7Vp-p±5%）。

算法：E0～E8為9 個(gè)照度計(jì)亮度值，平均亮度=照度*面積=（E0+E1+…E8）*△S

XGA：△S=0.055（40 英寸時(shí)） △S=0.169（70 英寸時(shí)）

WXGA：△S=0.052（40 英寸時(shí)） △S=0.141（66 英寸時(shí)）

通常投影機(jī)亮度的標(biāo)稱值會(huì)作為亮度測定時(shí)的Type 值，根據(jù)光學(xué)系統(tǒng)的實(shí)際情況設(shè)置一個(gè)MIN 值（通常是Type 值*85%）和一個(gè)MAX 值（通常是Type 值*115%），若MIN 值≤平均光束量≤MAX 值，則判定該亮度數(shù)據(jù)合格，若在范圍外，則判定不合格。

3 亮度數(shù)據(jù)異常檢出

3.1 異常數(shù)據(jù)分析

通常情況下，若投影機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)中所使用的部品，如透鏡、液晶板等有一定質(zhì)量問題時(shí)，或是投影機(jī)光源本身亮度不夠時(shí)，所測得的亮度會(huì)有損耗，低于理想的設(shè)計(jì)值。在工業(yè)生產(chǎn)中，我們通常使用正態(tài)分布來作為質(zhì)量控制的依據(jù)[2]。μ 為設(shè)計(jì)，即Type 值的100%，根據(jù)各種部品可允許的質(zhì)量上下限，將亮度的MIN 值定為Type 值的85%，MAX 值為Type 值的115%。圖1 為根據(jù)正態(tài)分布的原理繪制出的量產(chǎn)亮度平均值分布圖，若σ=4%，量產(chǎn)平均值=Type 值*95%時(shí)，Min（Type 值*85% ）以下的不良產(chǎn)品比例應(yīng)為整體的0.7%。

通過分析量產(chǎn)光學(xué)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，若是產(chǎn)品質(zhì)量問題導(dǎo)致的亮度不足，檢測同一臺(tái)投影機(jī)的9 個(gè)T-10A 照度計(jì)間的差距并不會(huì)過大。例如一臺(tái)Type 值為3500lm 左右的投影機(jī)，其9 個(gè)點(diǎn)的照度基本上都應(yīng)該在1900lux～2600lux 之間。若由于擺放位置不正或屏幕遮光導(dǎo)致9 點(diǎn)中有1～3 點(diǎn)異常值特別高（＞2900lux）或特別低（＜500lux），可能算出來的亮度值仍在Type值的85%～115%之間，屬于合格范圍，但與實(shí)際亮度不符。此類值就影響整體數(shù)據(jù)的正態(tài)分布曲線，使中間值偏移，影響量產(chǎn)平均亮度值的數(shù)據(jù)。

3.2 異常數(shù)據(jù)檢出算法

合理數(shù)據(jù)的9 點(diǎn)T-10A 數(shù)據(jù)的離散性分布符合正態(tài)分布，可以以標(biāo)準(zhǔn)偏差作為衡量其離散性的標(biāo)準(zhǔn)。以去掉最大值和最小值后的七點(diǎn)平均值A(chǔ)VE 為中間值，設(shè)σ=AVE*10%，確認(rèn)了所有偏離了AVE±3σ 的數(shù)值都為異常值，具體算法如下：

①從T-10A 輸入的9 點(diǎn)數(shù)據(jù)E0～E8使用冒泡法進(jìn)行排序，得出最大值EMAX和最小值EMIN。

②用去掉EMAX值和EMIN值后的7 點(diǎn)值求和，并取7 點(diǎn)平均值A(chǔ)VE7。

圖1

③以AVG7 為標(biāo)準(zhǔn)值分別與9 點(diǎn)數(shù)據(jù)En進(jìn)行對(duì)比，若比值不在0.7≤（En/AVE7）≤1.3 的范圍內(nèi)，則該數(shù)據(jù)屬于異常數(shù)據(jù)。

圖2

3.3 軟件異常數(shù)據(jù)檢出流程

下記圖2 所示的異常檢出流程是在上記2.3 的軟件系統(tǒng)流程基礎(chǔ)上的追加作業(yè)。

4 結(jié)果驗(yàn)證

使用了亮度數(shù)據(jù)優(yōu)化設(shè)計(jì)后的新投影機(jī)光束量測定系統(tǒng)后，軟件可以正確捕捉到異常數(shù)據(jù)，且能夠根據(jù)出錯(cuò)T10A 編號(hào)提示出錯(cuò)位置。

選取HCP-K29 作為樣本機(jī)型，確認(rèn)該機(jī)型適用新系統(tǒng)后量產(chǎn)平均亮度數(shù)據(jù)得到改善，從原本的標(biāo)稱值的88%上升到了標(biāo)稱值的95.10%，改善效果高達(dá)7%，確認(rèn)優(yōu)化設(shè)計(jì)有實(shí)際效果。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)確認(rèn)本系統(tǒng)可在不影響正常亮度檢測功能的情況下，篩查出異常數(shù)據(jù)，優(yōu)化亮度數(shù)據(jù)結(jié)果。