Kontrola jakości podświetlanych elementów interfejsu użytkownika, czyli jak mierzyć przyciski, przełączniki, klawiatury

Konwencjonalne urządzenia do pomiaru luminancji to tzw. punktowe mierniki luminancji, o stosunkowo prostej konstrukcji, wykorzystujące obiektyw o stałej ogniskowej i fotodiodę z filtrem V-Lambda. Te urządzenia były stosowane do pomiaru różnych płaskich świecących powierzchni. Jednak obecnie produkowane urządzenia elektroniczne ze świecącymi elementami o różnych kształtach i gabarytach wymagają bardziej zaawansowanej analizy niż tylko pomiar luminancji w jednym punkcie. Dlatego coraz popularniejsze stają się matrycowe mierniki luminancji ILMD (Imaging Luminance Measuring Device) wykorzystujące obiektyw oraz sensor CMOS o wysokiej rozdzielczości z filtrem V-Lambda. Urządzenia te w połączeniu ze specjalistycznym oprogramowaniem do analizy obrazu dają ogromne możliwości przy pracach R&D oraz produkcyjnej kontroli jakości.

Jak wykonać pomiary?

Do pomiaru podświetlanych kontrolek warto wykorzystać matrycowy miernik, czyli tzw. kamerę do pomiaru luminancji. Dzięki niej, na podstawie wykonanego zdjęcia, możemy wykonać dokładną analizę obrazu i uzyskać dane pomiarowe elementów o różnych rozmiarach i kształtach.

Luminancja [cd/m²] jest wielkością fotometryczną odpowiadającą wrażeniu u obserwatora poziomu jaskrawości powierzchni świecącej. Pomiar powinien odbywać się w ciemni, w celu uniknięcia wpływu światła rozproszonego na uzyskane wyniki. Do niewielkich elementów wskazane jest wykorzystanie obiektywu o możliwie długiej ogniskowej w celu uzyskania najwyższej rozdzielczości obrazu. W przypadku systemów GL Opticam 1.0 oraz 2.0 odpowiedni będzie obiektyw o ogniskowej 50 mm (rys. 1).

 

Rys. 1. Obraz luminancji kontrolki kierownicy

 

Rys. 2. Podświetlone kontrolki zaznaczone za pomocą prostokątnego regionu i usunięte tło

Oprogramowanie analityczne pozwala zaznaczyć wybrane obszary do szczegółowej analizy prostokątnych regionów. Ponieważ kształt kontrolek jest nieregularny, specjalne narzędzie pozwala wyznaczyć dolny próg luminancji w celu usunięcia tła. Szary kolor oznacza piksele wyłączone z analizy. W ten sposób analizowana jest tylko faktycznie świecąca powierzchnia ikony (rys. 2).

 

Rys. 3. Wartości statystyczne luminancji

Dla każdego regionu wyświetlane są podstawowe wartości statystyczne, takie jak wartość średnia, wartość minimalna i maksymalna oraz zakres luminancji. Ponadto dodana jest miara równomierności, wyliczona jako stosunek wartości minimalnej do wartości średniej. Na załączonym przykładzie najmniejszą równomiernością charakteryzuje się obszar 2. Jest to też widoczne w skali pseudokolorowej na obrazie.

Wartości statystyczne pozwalają także na określenie, czy średnie wartości luminancji dla wszystkich podświetlanych kontrolek są podobne, czy występują różnice. Tutaj w regionie 2 widać, że średnia i maksymalna wartość jest znacząco większa od pozostałych (rys. 3).

Histogram, czyli graficzna wizualizacja przekroju rozkładu wartości luminancji, pozwala na wizualizację uzyskanych wyników. Tutaj również widać obszar kontrolki 2 wyraźnie różny od pozostałych (rys. 4).

Trójwymiarowa wizualizacja wartości jest spektakularnym, ale też łatwym do interpretacji narzędziem do przedstawienia rozkładu luminancji. Pozwala także na szybkie wychwycenie ewentualnych nierówności (rys. 5).

 

Rys. 4. Histogram rozkładu luminancji

 

Rys. 5. Trójwymiarowa wizualizacja luminancji podświetlonej kontrolki

Pomiar barwy

Przy elementach podświetlonych różnokolorowymi diodami pojawia się potrzeba pomiaru charakterystyki kolorymetrycznej (rys. 7).

 

Rys. 6. Widok izokandeli na obrazie luminancji podświetlonej kontrolki

 

Rys. 7. Analiza klawiatury RGB

 

Rys. 8. Przestrzeń barw CIE 1931 z naniesionymi współrzędnymi poszczególnych symboli

W celu analizy charakterystyki barwowej podświetlonych symboli wykonano pomiar widmowy (spektralny) każdego z nich za pomocą spektroradiometru GL Opticam Spectis 1.0 Touch. Przy pomiarach skorzystano z sondy typu Pen umożliwiającej bardzo precyzyjne pomiary. Wyniki zostały przypisane dla każdego regionu, co pozwoliło na naniesienie ich współrzędnych kolorymetrycznych na przestrzeń barw. Ponadto dzięki pomiarom rozkładu widmowego poszczególnych diod możliwe było skorygowanie wartości luminancji dla poszczególnych symboli na podstawie oszacowania błędów wynikających z niedopasowania filtra V(λ). (tzw. missmatch correction). Zakres korekcji luminancji wyniósł od 2,5% do ponad 5% (rys. 8).

Mikołaj Przybyła, Jacek Dylak

GL Optic
tel. 61 102 47 21
www.gloptic.com