doi :10.3969/j .issn .l 005-2550.2019.01.004 收稿日期：2018-08-27
杨孛，陈国安，刘兵
(东风日产乘用车公司技术中心，广州510082)
摘要：随着汽车行业的发展，全液晶汽车仪表应用越来越广泛，但由于其显示内容丰 富，图形界面复杂，利用传统人工测试耗时长，测试结果依赖人员的主观判断，精度难以保 证。为确保全液晶仪表显示的正确性和稳定性，本文提出了一种全液晶汽车仪表自动测试方 法，利用OpenCV 和CANalyzer ^建了一套液晶仪表自动测试系统，对全液晶仪表进行指针精 度测试和警告灯测试，该测试方法检测指针偏转精度约为1.92° ，警告灯点灯和熄灯异常检 出率约为97.7%。此方法比人眼观察更为准确，精度更高，同时减少了测试人员的工作量，降低了仪表的开发成本，通用性强。
关键词：全液晶汽车仪表；自动测试；CANalyzer ; OpenCV 中图分类号：U 467.3
文献标识码：A
文章编号：1005-2550 ( 2019 ) 01-0039-07
Research and application of automatic test method for the
Thin-Film Technology Vehicle Meter
YANG Bei , CHEN Guo -an , LIU Bing
(Dongfeng Nissan Passenger Vehicle Company Passenger Vehicle
Technical Center , Guangzhou 510082, China )
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 .
Keywords : Thin-Film Technology vehicle meter ; automatic test ; CANalyzer ; OpenCV
汽车離 / AUTO Sa-TECH
2019年第1期
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设计■研究I全液晶汽车仪表自动测试方法研究及应用
杨孛
w1毕业于巾社学机电学
f . . I院，机电一体化，颂士学历。
A现就职于东风日产技术中心智
^联开发部，任IT系统实验工程
"师，从事仪表实验开发、娱乐
影音系统实验开发相关工作。
已发表论文《基于模糊理论的
汽车开关操作性能评价方
法》。
1 前言
汽车仪表为驾驶员提供发动机、蓄电池等汽 车状态相关信息，以便驾驶员能及时发现警报及 故障信息，从而保障行车安全。目前大多采用人 工评价汽车仪表，评价人员的主观因素会直接影 响评价结果，检测效率较低，可靠性低。为了达 到缩短仪表研发周期，提高开发质量，国内外一 直致力于仪表自动检测系统的研究。
在提高仪表测试效率的相关学术研究中，关 牧野等设计搭建了一个乘用车组合仪表测试台架[1]，将手动测试与自动测试相结合，自动对信号 进行检查，人工对测试结果进行判断，最后自动 生成测试报告，此方法需要依赖人工对实验结果 进行判断，并未完全实现自动测试。为了实现自 动测试，研究者们均采用了摄像头采集图像，再 运用各种图像处理方法进行处理。孟祥雪等基于 机器视觉理论研究并结合图像处理技术，研究设计 了汽车仪表盘自动侧系统'此方練实现了仪表指针的自动测试，不能对仪
表警报指示灯进行自动 检测。Huang^提出 了采用Hardware-in-the-loop与机 器视觉技术相结合的汽车仪表自动测试系统P4]，但需对测试仪表做标定且标定过程复杂，因此不 同仪表间的通用性不强。卜令骏等则在采集到仪表 显示图片后，通过形态学的膨胀和腐蚀的组合处理 获取仪表指针的骨架，通过灰度分析获得指针的中 心线，采用颜分析法判断报警指示灯的调，来 校验仪表的指示灯显示精度K。尤晓俊等提出了采 用VC和视觉开源库OpenCV对采集到的图像进行处 理和识别'但此类方法在图像采集过程中，受采 集设备配置，照明亮度环境等影响，会给识别系统引入误差，降低检测准确度。TJ.Narayana等基 于LabVIEW图像处理技术设计了闭合循环自动汽 车仪表测试系统'此方法虽然利用LabVIEW模块 化的编程简化了图像处理程序，但模块化的编程 限制了仅能实现CAN传输仪表信号的自动检测，I/O信号的仪表指示灯无法检测。
本文利用通用测试盒搭建了全液晶汽车仪表 自动检测系统，将测试程序通过测试盒控制仪表 的显示，仪表将实时显示的图像传回至上位机，形成测试回路，实现了仪表CAN信号和I/O信号的 测试。其中利用OpenCV进行图像处理，与设计式 样对比并显示具体差异，直接输出测试结果。测 试不同仪表时，只需将设计式样输入上位机即可 实现该仪表的自动测试，且该测试方法可检测的 指针偏转精度约为1.92°，且警告灯点灯异常和熄 灯异常检出率约为97.7%。
2仪表自动检测图像处理方法
2.1图像预处理
为了提高图像处理效率，对采集的图像进行 图像预处理，首先用加权平均的方法对图像进行 灰度化，红、绿、蓝参数的权值分别为0.299,0.587,0_114[8]。然后对图像进行二值化处理：
.A_r255(^),p(iJ)>r⑴
P(1J)_W else
式中：P (i，j)为二值化图像中个像素点的 像素值；g (i,j)为灰度图像中个像素点的像素 值；T为阈值。
选用Canny边缘检测算子对图像进行边缘检测，处理得到的处理结果如图1所示，U)为处理 前的原图，（b)为边缘检测之后的图像，得到的 图像轮廓较为清晰。
(a)图像仪表原图像
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(b)处理后仪表图像
图1边缘检测前后对比图
2.2基于差分法的图像显示差异计算
将设计式样书中的界面显示图像作为标准参
考图像，标准参考图像和实际采集图像经过图像
预处理后，得到图形的主要轮廓，再通过差分
法，将两幅图像对应像素点进行差分处理，根据
图像二值化之后的结果进行后续判别，流程图如
图2所示：
实际采集图像
图2基于差分法的图像显示差异流程算法
将标准图像和实际采集图像对应像素点进行
差分处理，得到图像二值化结果：
Dk(x,>〇:255(g),i f\f k(x,y)-gk(x,y)\^0
0(H),others
(2)
式中：fk(x,y)为标准图像中的像素点；gt (X，y)为实际采集图像中对应的像素点。
N= N+l(Z/Dk(x,y)= 255,iV=0) (3)
式中：N的初始值为0，当差分处理像素点不 为〇时，N进行累加计数。
二值化处理后输出由像素点Dk (X，y)组成的 图像，通过实验模拟发现，当图像90%的像素点正 常显示时，该图像清晰可见。因此以0.1k(k为该图 像所有的像素点个数）作为判定阈值，当输出图像 N矣0.1k时，说明实时采集的图像与标准图像之间 的差异非常小，对比结果判定为0K。当输出图像 N>0.1k时，则说明实时采集的图像与标准图像差异 较大，对比结果判定为NG。通过输出的图像不仅 能判断实时采集的图像与标准图像是否存在差异，还能将差异像素点显示出来。3仪表自动测试系统
3.1仪表测试硬件系统
如图3所示，本文的测试硬件系统主要由PC上 位机、台上通用测试盒、dSPACE以及全液晶仪表 三部分组成。全液晶仪表的信号输入主要分为I/O信号和CAN信号两部分，车速、转速、远光灯 等为CAN总线信号，PKB警告灯、安全带警告灯等 为I/O引脚信号。
(a)硬件架构
(b)测试台架
图3自动测试硬件系统
(1)上位机
上位机分为信号发送软件和图像处理软件两 部分，通过CANalyzer编写程序，进行CAN信号的 输入，Matlab编写程序，输人1/0^号，实现I/O信 号的自动测试，采用OpenCV对图像进行处理与运算。
(2)通用测试盒、dSPACE
通用测试盒、dSPACE—端与上位机相连，一 端与液晶仪表相连，形成与液晶仪表信号的发送 和接收。
其中通过通用测试盒形成CAN信号的互 通，一方面通过程序向仪表发送CAN信号，另一方 面将仪表显示的图像的相关CAN信号传回上位机，通过dSPACE将I/O信号自动发送给仪表，使仪表显
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设计■研究I全液晶汽车仪表自动测试方法研究及应用
示相应的警告灯等信号，无需手动进行1/0^号对 应的开关操作。
(3 )液晶仪表
液晶仪表的硬件包括CAN系统总线、I/O信号 输入接插件、核心板和TFT显示屏。仪表接收到 CAN信号、I/O信号发送给MCU (微控制器单元，Microcontroller Unit),MCU对接收到的信号进行处理和解析，将完成处理之后的信号发给核心板，核心板接收到信号后在TFT显示屏上进行显/J、〇
硬件平台中利用CAN总线将获取到的仪表界 面显示图像通过测试盒传回到PC上位机中，通过 上位机中的图像对比软件自动判断仪表显示是否 正确。
3.2仪表测试软件系统
仪表的相关显亦主要通过软件CANalyzer和 Matlab进行编程，通过测试盒向仪表输入CAN信 号，控制仪表指示灯、警告灯点灯和消灯，指针 的动作等，如图4所示。主要编写两部分测试程序：（1)指针精度测试；（2)警告灯测试，其 中警告灯测试包含指警告灯点灯、熄灯测试和循 环测试。
图像处理采用OpenCV编写程序，程序主要包 括图像采集和图像处理两部分，当界面显示应用 程序接收到信息改变并刷新界面时，调用该图像 获取代码段，从而实现显示界面的实时图像采集，并进行图像预处理；图像处理利用二值法对 标准参考图像和实时采集图像进行处理，输出最 终图像作为测试结
果。
C r d i l w In i >I ：S I S t I
g n o j ..............i i i a o g
b)警告灯（CAN信号）测试程序
TimgMngi
汽车影音娱乐系统~1b o u i d a v A i g a e d r
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指针精度测试程序
(c)警告灯（CAN信号）循环测试程序
(d)警告灯（I/O信号）点、熄灯&循环测试程序
图4 S动测试系统测试程序
3.3仪表测试流程
仪表的测试内容主要分为指针精度测试、警 告灯测试两个部分，其中标准参考图像为仪表开 发初期阶段设计式样书中的UI界面设计图。
⑴指针精度测试
全液晶仪表取消了机械式指针，因此仪表指 针的校准以及后期使用的稳定性就尤为重要。若 采用人工观察法，误差较大无法达到精确校准的 目的。
本文测试所用的仪表转速表显示范围为0-8 (x l000r/m in)，车速表的显范围为
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0-240km/h，因此利用C A N a l y z e r输入0-8 (xl000r/m in)间隔为 0.5 (x l000r/m in)的信 号，输入〇-240km/h，间隔为10km/h的信号。
发送相应的指针信号至仪表，并获取相应的 显示图像，通过CAN总线将显示图像传回作为实时 采集的图像数据，再自动调用相应的标准参考图 像，同时对两张图像进行预处理后，进行对比计 算，输出测试结果图像。若输出的图像中白像素 点\矣0.11^(1£为该图像所有的像素点个数），则说 明对比的两幅图像一致，否则说明对比的两幅图 像不一致，测试人员可直接查看具体的实验结果。
(2)警告灯测试
(a)警告灯点灯、熄灯测试
警告灯作为仪表最重要的显示内容之一，显 示的正确性直接影响着驾驶的安全性，因此对警 告灯的点灯测试十分关键。由于警告灯的数量种 类多，在实车测试阶段很难让所有警告灯作动，因此需利用台上实验对警告灯进行测试，以保证 仪表警告灯的正确显示。
警告灯的测试主要分为点灯测试和熄灯测试 两部分，通过CANalyzer编写的程序实现警告灯的 全点灯，获取仪表实时显示图像传输到上位机，与前期采集的标准图像进行对比，输出测试结果 图像。若输出的图像中白像素点N矣0.1k，则说明 对比的两幅图像一致，实验结果判为OK，否则说 明对比的两幅图像不一致，判定实验结果为NG。同理，进行警告灯全熄灯的测试，输出图像中白 像素点N矣0.1k时，实验结果OK。
⑴警告灯循环测试
仪表显示的循环测试目的是为了得到仪表使 用过程中的可靠程度，通过程序使警告灯点灯、消灯的循环测试，每一次点灯、消灯都将图像与 标准图像进行对比，得到并记录对比结果，若输 出的图像中白像素点N矣0.1k，则说明实时采集图 像与标准图像差异较小，仪表显示正确。
3.4仪表自动测试结果
(1)指针精度测试
仪表指针精度要求指示值误差为±2km/h，在 测试中分别设置指针偏差± 2km/h和± lkm/h，当指 针偏差为± 2km/h时，自动测试系统输出的判定结果为NG，当指针偏差为± lkm/h时，自动测试系统 输出的判定结果为OK，因此该自动测试系统测试 精度为1.92。，符合指针精度±2km/h的要求。
为了进一步验证该自动测试系统的准确性，分别设置5个转速表和6个速度表的NG值，运行自 动检测程序，得到输出的测试结果图，如图5所 示，NG结果显示为指针在1.5 (xlOOOr/min)指示 值与标准参考图像的指针指示值有约为《~10°的 偏差，需对该指示值需进行再次校准。
在转速表指针和速度表指针测试中设置的NG值均被检测出，具体结果如表1、2所示。可以 发现转速表指针精度的16次测试中，其中设置的 5个错误值均被检测出来，可直接查看测试结果输 出图像，均无误判。速度表指针精度共进行了24次测试，其中设置的6个错误均被成功检测出来，均无误判。
图5指针测试结果示例
表1转速表指针精度测试NG结果
测试值/
xlOOOr/min 1.53456
标准参考图像指示值/
xlOOOr/min 1.53456
$时采集图像
指75值 /xlOOOr/min
1.2
2.7
3.8
4.8
5.9
角度偏差约为/°9.389.38 6.25 6.25 3.12
输出图像
3
表2速度表指针精度测试NG结果
测试值
/
km/h
406070110120140
标准参考图像
指本值/km/h
406070110120140
实时采集图像
指 7K值/km/h
375568107118146角度偏差
约为/。
2.89 4.81 1.92 2.89 1.92 5.77
输出图像
* n U U I-
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