全液晶汽車儀表自動測試方法研究及應用

楊孛 陳國安 劉兵

摘 要：隨著汽車行業的發展，全液晶汽車儀表應用越來越廣泛，但由于其顯示內容豐富，圖形界面復雜，利用傳統人工測試耗時長，測試結果依賴人員的主觀判斷，精度難以保證。為確保全液晶儀表顯示的正確性和穩定性，本文提出了一種全液晶汽車儀表自動測試方法，利用OpenCV和CANalyzer搭建了一套液晶儀表自動測試系統，對全液晶儀表進行指針精度測試和警告燈測試，該測試方法檢測指針偏轉精度約為1.92°，警告燈點燈和熄燈異常檢出率約為97.7%。此方法比人眼觀察更為準確，精度更高，同時減少了測試人員的工作量，降低了儀表的開發成本，通用性強。

關鍵詞：全液晶汽車儀表；自動測試；CANalyzer；OpenCV

中圖分類號：U467.3 文獻標識碼：A 文章編號：1005-2550（2019）01-0039-07

Abstract： As motor industry is developing rapidly， the TFT （Thin-Film technology） meter has been widely used. However， due to the complex display contents， it is hard to guarantee the test accuracy by using the traditional test method. Therefore， an evaluation method based on OpenCV and CANalyzer has been proposed and a test platform has been built to ensure the meter display accuracy. The detection accuracy results of the pointer deflection angle is 1.92°. Moreover， it can also detect the abnormal display of warning lamp and the accuracy rate is about 97.7%. On one hand， this method can be more reliable than the subjective evaluation method. On the other hand， it can reduce the cost of research and development by improving the test efficiency.

Key Words： Thin-Film Technology vehicle meter； automatic test； CANalyzer； OpenCV

1 前言

汽車儀表為駕駛員提供發動機、蓄電池等汽車狀態相關信息，以便駕駛員能及時發現警報及故障信息，從而保障行車安全。目前大多采用人工評價汽車儀表，評價人員的主觀 因素會直接影響評價結果，檢測效率較低，可靠性低。為了達到縮短儀表研發周期，提高開發質量，國內外一直致力于儀表自動檢測系統的研究。

在提高儀表測試效率的相關學術研究中，關牧野等設計搭建了一個乘用車組合儀表測試臺

架[1]，將手動測試與自動測試相結合，自動對信號進行檢查，人工對測試結果進行判斷，最后自動生成測試報告，此方法需要依賴人工對實驗結果進行判斷，并未完全實現自動測試。為了實現自動測試，研究者們均采用了攝像頭采集圖像，再運用各種圖像處理方法進行處理。孟祥雪等基于機器視覺理論研究并結合圖像處理技術，研究設計了汽車儀表盤自動識別系統[2]，此方法僅實現了儀表指針的自動測試，不能對儀表警報指示燈進行自動檢測。Huang等提出了采用Hardware-in-the-loop與機器視覺技術相結合的汽車儀表自動測試系統[3， 4]，但需對測試儀表做標定且標定過程復雜，因此不同儀表間的通用性不強。卜令駿等則在采集到儀表顯示圖片后，通過形態學的膨脹和腐蝕的組合處理獲取儀表指針的骨架，通過灰度分析獲得指針的中心線，采用顏色分析法判斷報警指示燈的色調，來校驗儀表的指示燈顯示精度[5]。尤曉俊等提出了采用VC和視覺開源庫OpenCV對采集到的圖像進行處理和識別[6]。但此類方法在圖像采集過程中，受采集設備配置，照明亮度環境等影響，會給識別系統引入誤差，降低檢測準確度。T.J.Narayana等基于LabVIEW圖像處理技術設計了閉合循環自動汽車儀表測試系統[7]，此方法雖然利用LabVIEW模塊化的編程簡化了圖像處理程序，但模塊化的編程限制了僅能實現CAN傳輸儀表信號的自動檢測，I/O信號的儀表指示燈無法檢測。

本文利用通用測試盒搭建了全液晶汽車儀表自動檢測系統，將測試程序通過測試盒控制儀表的顯示，儀表將實時顯示的圖像傳回至上位機，形成測試回路，實現了儀表CAN信號和I/O信號的測試。其中利用OpenCV進行圖像處理，與設計式樣對比并顯示具體差異，直接輸出測試結果。測試不同儀表時，只需將設計式樣輸入上位機即可實現該儀表的自動測試，且該測試方法可檢測的指針偏轉精度約為1.92°，且警告燈點燈異常和熄燈異常檢出率約為97.7%。

2 儀表自動檢測圖像處理方法

2.1 圖像預處理

二值化處理后輸出由像素點Dk（x，y）組成的圖像，通過實驗模擬發現，當圖像90%的像素點正常顯示時，該圖像清晰可見。因此以0.1k（k為該圖像所有的像素點個數）作為判定閾值，當輸出圖像N≤0.1k時，說明實時采集的圖像與標準圖像之間的差異非常小，對比結果判定為OK。當輸出圖像N>0.1k時，則說明實時采集的圖像與標準圖像差異較大，對比結果判定為NG。通過輸出的圖像不僅能判斷實時采集的圖像與標準圖像是否存在差異，還能將差異像素點顯示出來。

3 儀表自動測試系統

3.1 儀表測試硬件系統

如圖3所示，本文的測試硬件系統主要由PC上位機、臺上通用測試盒、dSPACE以及全液晶儀表三部分組成。全液晶儀表的信號輸入主要分為I/O信號和CAN信號兩部分，車速、轉速、遠光燈等為CAN總線信號，PKB警告燈、安全帶警告燈等為I/O引腳信號。

（1）上位機

上位機分為信號發送軟件和圖像處理軟件兩部分，通過CANalyzer編寫程序，進行CAN信號的輸入，Matlab編寫程序，輸入I/0信號，實現I/O信號的自動測試，采用OpenCV對圖像進行處理與運算。

（2）通用測試盒、dSPACE

通用測試盒、dSPACE一端與上位機相連，一端與液晶儀表相連，形成與液晶儀表信號的發送和接收。其中通過通用測試盒形成CAN信號的互通，一方面通過程序向儀表發送CAN信號，另一方面將儀表顯示的圖像的相關CAN信號傳回上位機，通過dSPACE將I/O信號自動發送給儀表，使儀表顯示相應的警告燈等信號，無需手動進行I/0信號對應的開關操作。

（3）液晶儀表

液晶儀表的硬件包括CAN系統總線、I/O信號輸入接插件、核心板和TFT顯示屏。儀表接收到CAN信號、I/O信號發送給MCU（微控制器單元，Microcontroller Unit），MCU對接收到的信號進行處理和解析，將完成處理之后的信號發給核心板，核心板接收到信號后在TFT顯示屏上進行顯示。

硬件平臺中利用CAN總線將獲取到的儀表界面顯示圖像通過測試盒傳回到PC上位機中，通過上位機中的圖像對比軟件自動判斷儀表顯示是否正確。

3.2 儀表測試軟件系統

儀表的相關顯示主要通過軟件CANalyzer和Matlab進行編程，通過測試盒向儀表輸入CAN信號，控制儀表指示燈、警告燈點燈和消燈，指針的動作等，如圖4所示。主要編寫兩部分測試程序：（1）指針精度測試；（2）警告燈測試，其中警告燈測試包含指警告燈點燈、熄燈測試和循環測試。

圖像處理采用OpenCV編寫程序，程序主要包括圖像采集和圖像處理兩部分，當界面顯示應用程序接收到信息改變并刷新界面時，調用該圖像獲取代碼段，從而實現顯示界面的實時圖像采集，并進行圖像預處理；圖像處理利用二值法對標準參考圖像和實時采集圖像進行處理，輸出最終圖像作為測試結果。

3.3 儀表測試流程

儀表的測試內容主要分為指針精度測試、警告燈測試兩個部分，其中標準參考圖像為儀表開發初期階段設計式樣書中的UI界面設計圖。

（1）指針精度測試

全液晶儀表取消了機械式指針，因此儀表指針的校準以及后期使用的穩定性就尤為重要。若采用人工觀察法，誤差較大無法達到精確校準的目的。

本文測試所用的儀表轉速表顯示范圍為

0-8（x1000r/min），車速表的顯示范圍為

0-240km/h，因此利用CANalyzer輸入

0-8（x1000r/min）間隔為0.5（x1000r/min）的信號，輸入0-240km/h，間隔為10km/h的信號。

發送相應的指針信號至儀表，并獲取相應的顯示圖像，通過CAN總線將顯示圖像傳回作為實時采集的圖像數據，再自動調用相應的標準參考圖像，同時對兩張圖像進行預處理后，進行對比計算，輸出測試結果圖像。若輸出的圖像中白像素點N≤0.1k（k為該圖像所有的像素點個數），則說明對比的兩幅圖像一致，否則說明對比的兩幅圖像不一致，測試人員可直接查看具體的實驗結果。

（2）警告燈測試

（a）警告燈點燈、熄燈測試

警告燈作為儀表最重要的顯示內容之一，顯示的正確性直接影響著駕駛的安全性，因此對警告燈的點燈測試十分關鍵。由于警告燈的數量種類多，在實車測試階段很難讓所有警告燈作動，因此需利用臺上實驗對警告燈進行測試，以保證儀表警告燈的正確顯示。

警告燈的測試主要分為點燈測試和熄燈測試兩部分，通過CANalyzer編寫的程序實現警告燈的全點燈，獲取儀表實時顯示圖像傳輸到上位機，與前期采集的標準圖像進行對比，輸出測試結果圖像。若輸出的圖像中白像素點N≤0.1k，則說明對比的兩幅圖像一致，實驗結果判為OK，否則說明對比的兩幅圖像不一致，判定實驗結果為NG。同理，進行警告燈全熄燈的測試，輸出圖像中白像素點N≤0.1k時，實驗結果OK。

（b）警告燈循環測試

儀表顯示的循環測試目的是為了得到儀表使用過程中的可靠程度，通過程序使警告燈點燈、消燈的循環測試，每一次點燈、消燈都將圖像與標準圖像進行對比，得到并記錄對比結果，若輸出的圖像中白像素點N≤0.1k，則說明實時采集圖像與標準圖像差異較小，儀表顯示正確。

3.4 儀表自動測試結果

（1）指針精度測試

儀表指針精度要求指示值誤差為±2km/h，在測試中分別設置指針偏差±2km/h和±1km/h，當指針偏差為±2km/h時，自動測試系統輸出的判定結果為NG，當指針偏差為±1km/h時，自動測試系統輸出的判定結果為OK，因此該自動測試系統測試精度為1.92°，符合指針精度±2km/h的要求。

為了進一步驗證該自動測試系統的準確性，分別設置5個轉速表和6個速度表的NG值，運行自動檢測程序，得到輸出的測試結果圖，如圖5所示，NG結果顯示為指針在1.5（x1000r/min）指示值與標準參考圖像的指針指示值有約為α≈10°的偏差，需對該指示值需進行再次校準。

在轉速表指針和速度表指針測試中設置的NG值均被檢測出，具體結果如表1、2所示。可以發現轉速表指針精度的16次測試中，其中設置的5個錯誤值均被檢測出來，可直接查看測試結果輸出圖像，均無誤判。速度表指針精度共進行了24次測試，其中設置的6個錯誤均被成功檢測出來，均無誤判。

警告燈測試主要對遠光燈、示寬燈、前霧燈、后霧燈、轉向燈以及P、N、D、R檔的顯示進行測試，分別模擬測試了警告燈正常、警告燈點燈異常、警告燈點燈正常三種情況，輸出結果分別如圖7所示。其中，當警告燈正常顯示時，輸出的結果如圖6（a），輸出的圖像為全黑，即N≤0.1k，結果判定為OK；當警告燈全點燈測試時，使示寬燈異常不點燈，此時輸出的結果如圖6（b），輸出的圖像中只有示寬燈即N>0.1k，說明示寬燈在全點燈測試中NG；當警告燈全熄燈測試時，使示寬燈異常點燈，輸出的結果如圖6（c），輸出的圖像中只有示寬燈即N>0.1k，說明示寬燈在全熄燈測試中NG。通過模擬結果可以發現，通過該測試系統均可正確判斷警告燈的顯示情況。

僅僅進行一次警告燈的點燈、熄燈測試往往不夠，在儀表的實際使用過程，警告燈需要不斷點燈和熄燈，因此需要進行循環點燈、熄燈測試以保證儀表長期使用性能。

該循環測試以警告燈點燈5秒再消燈5秒為一個循環周期，共進行了100次循環。為了驗證該測試方法的可靠性，在100次循環中，設置1次后霧燈異常熄燈，得到的測試結果輸出如圖7所示。其中，圖7 （a）為儀表正確顯示的參考圖像，（b）為后霧燈異常熄燈時實際采集的儀表界面顯示圖像，（c）圖是輸出的測試結果圖。

通過實驗結果可以判斷，后霧燈在循環測試過程中N>0.1k，即測試結果為NG，通過輸出的圖像可直接確定后霧燈顯示NG，驗證了該測試方法檢測結果準確可靠。

為了進一步驗證警告燈自動測試的可靠性，進行了1000次循環測試，其中誤判23次，檢出準確率約為97.7%。

4 結論

本文搭建了一套全液晶儀表自動測試臺架，對全液晶儀表進行指針精度測試、警告燈測試。首先將設計式樣書中的界面顯示圖像作為標準參考圖像，然后將實時采集的圖像傳回上位機，與存儲的相應標準參考圖像進行圖像處理，最后輸出測試結果圖像，并自動判定實驗結果。

通過模擬測試驗證，該測試方法檢測指針偏轉精度約為1.92°，可檢測警告燈點燈異常和熄燈異常，以及在循環測試中警告燈的點燈、熄燈異常，準確率約為97.7%。此方法比人眼觀察更為準確，精度更高，同時，該測試方法減少了測試人員的工作量，降低了儀表的開發成本，通用性強。此外，全液晶儀表的行車電腦相關功能的測試方法還需要做進一步的研究，以實現儀表全功能的自動測試。

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