行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告
以神經網路與數位相機從事量測 LED 液晶電視之二維輝度
分佈的研究
研究成果報告(精簡版)
計 畫 類 別 ： 個別型 計 畫 編 號 ： NSC 99-2221-E-151-042- 執 行 期 間 ： 99 年 08 月 01 日至 100 年 07 月 31 日 執 行 單 位 ： 國立高雄應用科技大學電機工程系 計 畫 主 持 人 ： 李孝貽 計畫參與人員： 碩士班研究生-兼任助理人員：廖克豪 碩士班研究生-兼任助理人員：陳再祐 處 理 方 式 ： 本計畫可公開查詢 中 華 民 國 100 年 08 月 02 日行政院國家科學委員會補助專題研究計畫
■ 成 果 報 告
□期中進度報告
以神經網路與數位相機從事量測 LED 液晶電視之二維輝度分
佈的研究
計畫類別：■ 個別型計畫 □ 整合型計畫
計畫編號：NSC
99-2221-E-151-042
執行期間： 2010 年 8 月 1 日至 2011 年 7 月 31 日
計畫主持人：李孝貽
共同主持人：無
計畫參與人員：廖克豪與陳再祐
成果報告類型(依經費核定清單規定繳交)：■精簡報告 □完整報告
本成果報告包括以下應繳交之附件：
□赴國外出差或研習心得報告一份
□赴大陸地區出差或研習心得報告一份
□出席國際學術會議心得報告及發表之論文各一份
□國際合作研究計畫國外研究報告書一份
□涉及專利或其他智慧財產權，□一年□二年後可公開查詢
執行單位：國立高雄應用科技大學
中 華 民 國 98 年 7 月 3 日
按 液 晶 顯 示 器 ( L i q u i d C r y s t a l D i s p l a y , L C D ) 具 有 薄 型 化 、 輕 量 化 、 低 耗 電 量 、 無 輻 射 污 染 、 且 能 與 半 導 體 製 程 技 術 相 容 等 優 點 ， 故 目 前 是 我 國 重 點 發 展 的 產 業 之 一 ， 其 中 背 光 模 組 ( b a c k l i g h t m o d u l e , B L M ) 為 提 供 L C D 背 光 源 的 關 鍵 元 件 之 一 。 由 於 液 晶 顯 示 器 必 須 依 靠 背 光 模 組 發 光 ， 因 此 背 光 模 組 的 品 質 直 接 影 響 了 液 晶 顯 示 器 的 工 作 表 現 ， 其 中 輝 度 ( l u m i n a n c e ) 即 為 評 估 背 光 模 組 品 質 的 指 標 之 一 。 而 R a d i a n t I m a g i n g 公 司 早 在 二 十 年 前 便 已 經 推 出 了 第 一 款 以 C C D 為 核 心 的 輝 度 量 測 設 備 ， 另 外 日 商 I S y s t e m 與 M i n o l t a 公 司 目 前 也 有 全 面 式 輝 度 色 度 量 測 設 備 問 世 ； 我 國 則 有 阿 瑪 光 電 等 公 司 正 在 開 發 相 關 的 商 品 。 以 上 提 及 的 量 測 設 備 的 工 作 原 理 都 是 先 由 C C D 擷 取 待 測 表 面 的 圖 像 ， 再 由 各 公 司 個 自 開 發 的 軟 體 進 行 分 析 ， 進 而 獲 得 所 要 求 的 二 維 輝 度 輸 出 結 果 。 R a d i a n t I m a g i n g 公 司 指 出 利 用 其 輝 度 量 測 設 備 可 快 速 量 測 出 顯 示 器 的 色 彩 座 標 與 輝 度 ， 主 要 係 使 用 其 開 發 的 C C D 光 度 ／ 色 度 量 測 系 統 裝 置 ， 搭 配 其 開 發 的 程 式 軟 體 P r o m e t r i c 進 行 資 料 分 析 。 然 而 前 述 公 司 開 發 的 量 測 設 備 均 十 分 昂 貴 ， 有 些 業 者 基 於 生 產 成 本 上 的 考 量 ， 往 往 選 擇 較 經 濟 和 較 簡 單 的 方 法 作 量 測 ， 不 過 其 結 果 的 可 靠 性 卻 往 往 受 到 質 疑 。 【 發 明 內 容 】 因 此 本 發 明 主 要 目 的 在 提 供 一 種 成 本 低 且 處 理 快 速 的 量 測 方 法 ， 其 可 實 際 運 用 在 生 產 線 上 對 面 光 源 進 行 量 測 ， 進 而 增 進 生 產 線 上 的 量 測 速 度 ， 並 降 低 其 成 本 。
為 達 成 前 述 目 的 採 取 的 技 術 手 段 係 令 前 述 方 法 包 括 以 下 步 驟 ： a . 對 一 面 光 源 施 加 不 同 的 工 作 電 壓，並 在 該 面 光 源 的 同 一 指 定 位 置 上 取 其 在 不 同 工 作 電 壓 下 的 輝 度 值 ； b . 對 前 述 面 光 源 施 加 不 同 的 工 作 電 壓 ， 並 利 用 C C D 在 面 光 源 的 同 一 指 定 位 置 上 擷 取 其 不 同 工 作 電 壓 下 的 圖 像 ， 並 分 別 轉 換 為 一 灰 階 圖 像 ； c . 於 各 灰 階 圖 像 的 指 定 位 置 分 別 取 出 一 原 始 灰 階 值，該 原 始 灰 階 值 與 輝 度 值 具 有 正 比 關 係 ； d . 根 據 前 述 複 數 組 對 應 的 原 始 灰 階 值 與 輝 度 值，採 用 曲 線 擬 合 方 法 引 導 出 相 關 函 數 關 係 ； e . 在 前 述 面 光 源 定 義 出 複 數 個 特 徵 點 位 置，並 在 各 特 徵 點 位 置 上 分 別 量 測 以 取 其 正 確 的 輝 度 值 ， 再 基 於 上 述 步 驟 d 中 以 曲 線 擬 合 方 式 形 成 的 函 數 關 係 反 求 出 該 複 數 特 徵 點 位 置 的 一 已 校 正 灰 階 值 ； f . 以 C C D 分 別 擷 取 面 光 源 的 圖 像 ， 進 而 在 前 述 複 數 特 徵 點 位 置 上 分 別 取 得 其 未 校 正 灰 階 值 ； g . 根 據 前 述 複 數 組 對 應 的 未 校 正 灰 階 值 與 已 校 正 灰 階 值 ， 取 得 複 數 組” 特 徵 值 灰 階 校 正 係 數 ” ( 灰 階 校 正 係 數 = 已 校 正 灰 階 值 / 未 校 正 灰 階 值 ) ； h . 根 據 前 述 ” 特 徵 值 灰 階 校 正 係 數 ＂ ， 利 用 類 神 經 網 路 形 成 灰 階 校 正 矩 陣 ； i . 根 據 前 述 灰 階 校 正 矩 陣 對 C C D 取 得 的 影 像 進 行 校 正 ； j . 利 用 前 述 ” 灰 階 校 正 矩 陣 ” 與 ” 已 校 正 灰 階 值 與 輝 度 的 擬 合 曲 線 ” 取 得 一 模 擬 二 維 輝 度 分 布 。
利 用 前 述 方 法 可 配 合 數 位 相 機 快 速 取 像 的 優 點 ， 而 迅 速 求 得 二 維 平 面 甚 至 曲 面 的 輝 度 分 布 ， 如 此 一 來 不 僅 確 保 輝 度 量 測 的 可 靠 度 ， 更 可 大 幅 降 低 成 本 。 【 實 施 方 式 】 本 發 明 係 利 用 數 位 相 機 來 取 得 待 測 面 輝 度 分 佈 的 圖 像 ， 而 電 荷 耦 合 元 件( C h a r g e C o u p l e d D e v i c e , 以 下 簡 稱 C C D ) 是 大 多 數 數 位 相 機 採 用 的 圖 像 擷 取 元 件 。 而 在 傳 統 的 輝 度 計 單 點 量 測 中 ， 其 量 測 點 與 其 探 測 棒 必 須 垂 直 正 交 ， 藉 以 得 到 正 確 的 輝 度 值 。 當 使 用 數 位 相 機 拍 照 取 像 時 ， 其 工 作 原 理 係 如 第 一 圖 所 示 ， 一 個 均 勻 輝 度 的 光 源 是 座 落 在 成 像 透 鏡 的 物 平 面 ， 而 C C D 則 座 落 在 成 像 透 鏡 的 像 平 面 ， 第 一 圖 中 表 示 出 一 個 均 勻 的 輝 度 光 源 ， 其 輝 度 L 可 由 照 度 E 計 算 求 解 ； 其 中 ： 輝 度 ( L u m i n a n c e ： L ) 被 定 義 在 單 位 發 光 面 積 之 投 影 量 p A ， 在 立 體 角 上 所 量 測 的 光 通 量 。 2 ( ) p d L dA d θ = Φ Ω ， 其 中 dAp =dAcosθ ( 1 ) θ 是 觀 察 方 向 與 發 光 面 方 向 的 夾 角 ， 輝 度 的 單 位 是 n i t ( 2 cd / m ) 。 根 據 光 度 學 公 式 代 入 可 得 E1 1 1 d E = dA Φ ( 2 ) 0 0 d I = d Φ Ω ( 3 ) 所 以 藉 由 式( 3 ) 代 入 式 ( 1 ) 得 到 輝 度 L0 2 0 0 0 0 0 0 0 dI dI d L = cos dA dα cos dAα dA Φ = = Ω ( 4 ) 因 為 一 個 點 輻 射 源 在 所 有 方 向 上 輻 射 強 度 都 相 同 ， 其 在
0 0 I Φ = × Ω ( 5 ) 所 以 综 合 式( 4 ) 、 ( 5 ) 代 入 式 ( 2 ) 可 得 照 度 與 輝 度 關 係 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 d(I ) d(I ) dA E = L dA dA dA ×Ω Ω = = Ω ( 6 ) 又 由 光 度 學 公 式 代 入 可 得 E3 3 3 d E = dA Φ ( 7 ) 1 1 d I = d Φ Ω ( 8 ) 所 以 藉 由 式( 8 ) 代 入 式 ( 1 ) 得 到 輝 度 L2 2 1 2 2 1 2 dI d L = cos dA dα cos dAα Φ = Ω ( 9 ) 因 為 一 個 點 輻 射 源 在 所 有 方 向 上 輻 射 強 度 都 相 同 ， 其 在 有 限 立 體 角 內 發 射 的 輻 射 通 量 為 1 1 I Φ = × Ω ( 1 0 ) 所 以 综 合 式( 9 ) 、 ( 1 0 ) 代 入 式 ( 7 ) 可 得 照 度 與 輝 度 關 係 1 1 1 1 2 3 2 1 3 3 3 d(I ) d(I ) dA E = L cos dA dA dA α ×Ω =Ω = Ω ( 1 1 ) 因 為 第 二 圖 可 知 R0 =R1cosα ， 根 據 立 體 角 定 義 可 得 2 2 0R0 1R1 Ω = Ω ， 所 以 2 1 0cosα Ω = Ω ( 1 2 ) 由 式( 1 2 ) 代 入 式 ( 1 1 ) 可 得 3 2 3 2 0 3 dA E =L cos dA Ω α ( 1 3 ) 因 為 dA3面 法 線 與 由 dA2射 入 dA3面 之 射 線 ， 差 了 α 夾 角 ， 所 以 由 照 度 餘 弦 定 律 可 知 4 2 3 2 0 3 dA E =L cos dA Ω α ( 1 4 ) 由 於 第 一 圖 上 所 示 者 ， 為 一 個 均 勻 的 輝 度 光 源 ， 所 以 L =L0 2 所 以 最 終 E3 4 2 3 0 0 3 dA E =L cos dA Ω α ( 1 5 )
前 述 公 式 ( 1 5 ) 表 示 除 了 在 水 平 軸 線 上 的 照 度，其 他 位 置 的 照 度 值 皆 有 一 個 4 cos α的 誤 差，因 此 使 用 數 位 相 機 進 行 平 面 輝 度 檢 測 時 ， 其 輸 出 之 圖 像 必 須 經 過 校 正 。 至 於 如 何 配 合 數 位 相 機 進 行 具 有 校 正 功 能 的 二 維 輝 度 分 析 ， 其 具 體 技 術 手 段 詳 如 以 下 所 述 ： 如 第 三 圖 所 示，其 主 要 係 於 一 翻 拍 架 ( 1 0 ) 的 一 端 設 有 一 測 試 平 台 ( 1 1 ) ， 相 對 另 端 則 設 有 一 固 定 座 ( 1 2 ) ， 該 固 定 座 ( 1 2 ) 係 供 架 設 一 數 位 相 機 或 一 輝 度 計 ， 且 固 定 座 ( 1 2 ) 與 測 試 平 台 ( 1 1 ) 相 互 平 行，以 確 保 數 位 相 機 或 輝 度 計 與 測 試 平 台( 1 1 ) 上 的 待 測 光 源 呈 正 交 關 係 。 而 數 位 相 機 及 輝 度 計 量 測 取 得 之 資 料 則 送 至 電 腦 進 行 運 算 ， 其 運 算 可 採 用 數 學 軟 體 M a t l a b 進 行 數 值 、 圖 像 、 類 神 經 、 使 用 者 介 面 設 定 方 面 的 處 理 。 至 於 其 進 行 二 維 輝 度 分 析 的 步 驟 詳 如 以 下 所 述 。 第 一 步 ， 係 在 前 述 翻 拍 架 ( 1 0 ) 上 架 設 輝 度 計 ， 利 用 輝 度 計 量 測 一 面 光 源( 例 如 2 . 7 吋 的 背 光 模 組 ) 所 產 生 輝 度 ， 於 本 實 施 例 中 ， 係 如 第 四 圖 所 示 ， 在 該 面 光 源 上 定 義 出 九 個 特 徵 點 位 置 ， 接 著 量 測 位 於 面 光 源 中 央 之 第 5 個 特 徵 點 位 置 的 輝 度 ， 並 藉 由 供 給 不 同 工 作 電 壓 給 背 光 模 組 ， 分 別 在 第 5 個 特 徵 點 位 置 得 到 不 同 的 輝 度 值 。 第 二 步 ， 改 以 C C D 取 像 的 方 式 拍 攝 取 得 面 光 源 的 照 度 分 佈 ； 其 中 C C D 取 像 是 以 第 5 個 特 徵 點 位 置 為 輸 出 圖 像 中 心 。 而 C C D 取 得 之 圖 像 係 送 至 電 腦 經 由 M a t l a b 數 學 軟 體 來 分 別 得 知 圖 像 中 的 R G B 三 維 矩 陣 ， 再 利 用 M a t l a b 圖 像 處 理 內 建 函 式 ， 將 R G B 三 維 矩 陣 轉 換 為 二 維 灰 階 值 矩 陣 ， 而 構 成 一 原 始 照 度 分 布 圖 ， 進 而 得 知 第 5 個 特 徵 點 位 置 的 原 始 灰 階 值 。
在 數 位 相 機 拍 照 取 值 之 校 正 原 理 中 ， 其 公 式 推 導 之 最 後 說 明 除 了 在 水 平 軸 線 上( 即 第 5 個 特 徵 點 位 置 ) 的 照 度，其 他 位 置 的 照 度 值 至 少 有 一 個 4 cos α的 誤 差 。 由 此 假 設 第 5 個 特 徵 點 位 置 的 原 始 灰 階 值 不 須 經 由 校 正 ， 即 可 與 實 際 輝 度 做 曲 線 配 適 ， 所 以 第 5 個 特 徵 點 位 置 的 輝 度 值 與 原 始 灰 階 值 在 理 論 上 具 有 正 比 的 關 係 。 接 著 藉 由 供 給 不 同 的 工 作 電 壓 予 背 光 模 組 ， 而 在 該 第 5 個 特 徵 點 位 置 分 別 得 到 複 數 組 不 同 的 已 校 正 灰 階 值 。 經 重 複 前 述 的 第 一 步 、 第 二 步 即 可 得 複 數 組 已 校 正 灰 階 值 對 應 輝 度 值 的 數 據 ， 並 利 用 曲 線 擬 合 方 法 引 導 出 其 相 關 函 數 關 係 。 第 三 步 ， 使 用 輝 度 計 來 量 測 面 光 源 的 輝 度 ， 在 此 步 驟 中 ， 吾 人 係 量 測 面 光 源 上 9 個 以 上 特 徵 點 位 置 的 輝 度 ； 利 用 第 二 步 曲 線 擬 合 形 成 的 函 數 關 係 ， 反 求 出 9 點 以 上 特 徵 點 位 置 的 已 校 正 灰 階 值 。 第 四 步 ， 則 先 固 定 前 一 步 驟 的 工 作 電 壓 ， 再 以 C C D 取 像 的 方 式 來 拍 攝 光 源 的 照 度 分 佈 ； 其 中 C C D 取 像 是 以 第 5 點 特 徵 值 位 置 為 輸 出 圖 像 中 心 ， 以 取 得 9 點 以 上 特 徵 點 位 置 的 未 校 正 灰 階 值 。 根 據 第 三 步 、 第 四 步 得 到 9 組 以 上 「 特 徵 值 灰 階 校 正 係 數 」( 灰 階 校 正 係 數 = 已 校 正 灰 階 值 / 未 校 正 灰 階 值 ) ， 接 著 以 該 灰 階 校 正 係 數 利 用 類 神 經 網 路 形 成 灰 階 校 正 矩 陣 ， 並 以 此 矩 陣 進 行 數 位 相 機 拍 照 取 值 所 需 的 校 正 程 序 。 因 而 利 用 前 述 「 灰 階 校 正 矩 陣 」 與 「 已 校 正 灰 階 值 與 輝 度 的 擬 合 曲 線 」 可 得 到 一 模 擬 的 二 維 輝 度 分 布 。 以 下 進 一 步 針 對 前 述 步 驟 所 提 的 「 曲 線 擬 合 」 方 法 提 出 說 明 ：
所 謂 的 「 曲 線 擬 合 ( c u r v e - f i t t i n g ) 」 就 是 將 一 組 離 散 的 數 據 以 一 個 近 似 的 曲 線 方 程 式 來 代 表 ， 通 常 由 曲 線 擬 合 建 立 的 數 學 模 型 是「 單 輸 入 ／ 單 輸 出 」( S i n g l e - i n p u t S i n g l e - o u t p u t ， 簡 稱 S I S O ) ， 所 以 其 特 性 可 用 一 條 曲 線 來 表 示 。 假 設 觀 察 所 得 資 料 數 據 係 如 第 五 圖 所 示 ， 其 表 格 中 說 明 使 用 供 給 背 光 模 組 電 壓 由 1 0 . 0 V ~ 1 2 . 0 V ， 每 次 間 隔 0 . 2 V ， 分 別 用 輝 度 計 量 測 背 光 模 組 中 心 特 徵 點 輝 度 值 ， 對 應 C C D 拍 照 所 取 得 背 光 模 組 中 心 特 徵 點 之 值 ( 灰 階 值 ) ， 兩 者 都 是 長 度 為 1 0 的 向 量 ， 假 設 要 預 測 灰 階 值 在 0 ~ 2 5 5 的 相 對 輝 度 值 ， 即 須 根 據 上 述 資 料 建 立 一 數 學 模 型 ， 並 依 此 模 型 來 進 行 預 測 。 根 據 第 五 圖 所 列 數 據 運 用 M a t l a b 的 曲 線 擬 合 T o o l B o x 模 擬 出 輝 度 值 與 已 校 正 灰 階 值 的 曲 線 ， 以 已 校 正 灰 階 值 為 輸 入 ， 輝 度 值 為 輸 出 ， 而 在 曲 線 擬 合 設 定 ， 以 S m o o t h i n g S p l i n e 作 為 曲 線 配 適 類 型 。 接 著 進 一 步 說 明 該 灰 階 校 正 係 數 如 何 利 用 類 神 經 網 路 形 成 灰 階 校 正 矩 陣 ： 根 據 文 獻 ， 理 想 均 勻 面 光 源 在 經 由 C C D 拍 照 所 得 到 的 照 度 分 布 圖 像 （ 如 第 六 圖 所 示 ） ， 在 離 中 心 越 近 灰 階 值 最 高 ， 離 中 心 越 遠 灰 階 值 越 低 ， 如 以 前 述 推 導 公 式 可 推 測 其 存 在 4 cos α的 誤 差；但 實 際 上 面 光 源 本 身 之 均 勻 度 通 常 並 非 如 此 理 想，且 數 位 相 機 在 成 像 時 所 形 成 的 誤 差 亦 不 只 有 4 cos α 的 誤 差 ， 因 此 本 發 明 使 用 倒 傳 遞 類 神 經 網 路 以 進 行 較 複 雜 但 精 密 的 校 正 工 作 ， 主 要 係 使 用 此 網 路 設 定 幾 項 輸 入 向 量 對 應 目 標 向 量 ， 設 定 一 些 參 數 ， 再 經 由 收 斂 測 試 ， 得 到 正 確 的 網 路 關 係 ， 應 用 成 一 個 灰 階 校 正 矩 陣 ， 可 將 原 始 圖 像 （ 如 第 七 圖 所 示 ） 的 未 校 正 灰 階 矩 陣 轉 化 為 已 校 正 灰 階 矩 陣 ， 以 形 成
正 確 的 二 維 輝 度 分 佈 圖 像 （ 如 第 八 圖 所 示 ） 。 所 謂 的 「 類 神 經 網 路 」 是 一 種 計 算 系 統 ， 由 許 多 高 度 連 結 的 人 工 神 經 元 （ 或 處 理 單 元 ） 所 組 成 ， 如 第 九 圖 所 示 ， 類 神 經 網 路 一 般 具 有 三 層 ： 輸 入 層 、 隱 藏 層 、 輸 出 層 。 隱 藏 層 的 人 工 神 經 元 可 以 是 一 個 或 二 個 以 上 的 數 目 ， 每 個 人 工 神 經 元 可 視 為 一 個 單 獨 進 行 的 處 理 器 ， 處 理 器 數 量 若 為 二 個 以 上 其 工 作 方 式 是 以 並 行 方 式 運 作 。 而 倒 傳 遞 類 神 經 網 路 的 演 算 過 程 分 為 學 習 過 程 及 回 想 過 程 。 其 中 學 習 過 程 包 含 兩 個 階 段 ： 順 向 傳 遞 與 逆 向 傳 遞 。 順 向 傳 遞 是 從 輸 入 層 開 始 ， 傳 至 隱 藏 層 而 後 至 輸 出 層 ， 一 層 一 層 向 前 傳 遞 並 由 非 線 性 轉 換 函 數 計 算 各 層 處 理 單 元 的 輸 出 值 ， 直 至 網 路 的 最 後 一 層 。 逆 向 傳 遞 則 是 由 輸 出 層 向 後 傳 遞 ， 這 一 階 段 在 於 計 算 誤 差 及 更 新 連 接 鏈 結 值 ， 其 方 法 則 根 據 輸 出 向 量 及 目 標 向 量 的 差 別 來 做 修 正 ， 將 這 些 差 別 訊 號 傳 回 網 路 中 ， 然 後 去 重 新 計 算 鏈 結 值 ， 並 更 新 鏈 結 值 ， 使 得 網 路 的 輸 出 向 量 與 目 標 向 量 愈 來 愈 接 近 ， 完 成 網 路 的 訓 練 。 此 學 習 過 程 通 常 以 一 次 一 個 訓 練 範 例 的 方 式 進 行 ， 直 到 學 習 完 所 有 的 訓 練 範 例 ， 且 達 到 網 路 收 斂 為 止 。 至 於 回 想 過 程 則 是 網 路 依 學 習 過 程 中 所 學 習 到 之 鏈 結 值 ， 以 輸 入 向 量 輸 入 ， 推 估 輸 出 向 量 的 過 程 ， 也 稱 為 預 測 過 程 。 以 下 進 一 步 說 明 在 倒 傳 遞 網 路 中 修 改 鍊 結 值 的 演 算 方 法 。 在 倒 傳 遞 網 路 中 ， 第 n 層 第 j 個 神 經 元 的 輸 出 值 為 第 n - 1 層 第 i 個 神 經 元 輸 出 值 的 權 重 累 加 值 的 非 線 性 函 數 ： ( ) n n j j y = f net ( 2 1 ) 式 中 n j y 為 第 n 層 第 j 個 神 經 元 的 輸 出 值，f 是 轉 換 函 數，netnj
為 第 n - 1 層 第 i 個 神 經 元 輸 出 值 的 權 重 累 加 值 ， 可 表 示 為 ： 1 n n j ij i j i net =
∑
w y − −b ( 2 2 ) 其 中 ， n 1 i y − 為 第 n - 1 層 第 i 個 神 經 元 的 輸 出 值 ， wij為 第 n - 1 層 的 第 i 個 神 經 元 與 第 n 層 的 第 j 個 神 經 元 間 的 鍊 結 值 ， bj則 為 第 j 個 神 經 元 的 閥 值 。 由 於 倒 傳 遞 網 路 屬 於 監 督 式 的 學 習 模 式 ， 訓 練 目 的 在 於 降 低 目 標 向 量 與 輸 出 向 量 間 的 差 距 ， 所 以 通 常 以 誤 差 函 數 E來 表 示 學 習 品 質 定 義 一 誤 差 函 數 E： 2 1 ( ) 2 j j j E=∑
d −y ( 2 3 ) 其 中 ， dj為 第 j 個 神 經 元 的 目 標 輸 出 值 ， yj為 輸 出 層 第 j 個 神 經 元 的 網 路 輸 出 值 ， 利 用 兩 者 差 值 來 調 整 誤 差 函 數 E最 小 化 ， 即 為 網 路 的 學 習 過 程 。 利 用 最 陡 坡 降 法 來 搜 尋 E的 最 佳 解 ， 也 就 是 最 小 的 誤 差 平 方 和 。 每 輸 入 一 筆 訓 練 資 料 ， 網 路 就 稍 微 調 整 鍊 結 值 的 大 小 ， 而 調 整 的 幅 度 和 誤 差 函 數 對 鍊 結 值 的 敏 感 程 度 成 正 比 ij ij E w w η ∂ Δ = − ∂ ( 2 4 ) η為 學 習 速 率 ， 其 決 定 了 最 陡 坡 降 法 修 正 的 速 度 。 利 用 微 積 分 的 連 鎖 律 可 得 ： 1 n n ij j i w ηδ y − Δ = ( 2 5 ) 上 式 即 為 倒 傳 遞 演 算 法 之 關 鍵 公 式 。 此 學 習 過 程 通 常 以 一 次 輸 入 一 個 訓 練 範 例 的 方 式 進 行 ， 直 到 學 習 完 所 有 的 訓 練 向 量 ， 稱 為 一 個 學 習 循 環 ， 反 覆 數 個 學 習 循 環 直 到 網 路 達 到 收 斂 為 止 。 又 在 前 述 輝 度 分 布 量 測 步 驟 中 ， 根 據 第 三 步 、 第 四 步 得到 9 組 以 上 特 徵 值 灰 階 校 正 係 數 ， 在 倒 傳 遞 類 神 經 網 路 應 用 上 ， 神 經 網 路 訓 練 模 擬 部 分 係 將 「( 其 他 輝 度 特 徵 點 X 軸 值 -最 大 輝 度 特 徵 點 X 軸 值 ) 」 、 「 ( 其 他 輝 度 特 徵 點 Y 軸 值 - 最 大 輝 度 特 徵 點 Y 軸 值 ) 」 、 「 ( 其 他 輝 度 特 徵 點 原 始 灰 階 值 - 最 大 輝 度 特 徵 點 原 始 灰 階 值 ) 」作 為 神 經 網 路 的 三 項 輸 入 向 量；「 其 他 輝 度 特 徵 點 灰 階 校 正 係 數/ 最 大 輝 度 特 徵 點 灰 階 校 正 係 數 」 當 作 一 項 目 標 向 量 ， 分 成 訓 練 範 例 、 測 試 範 例 、 驗 證 範 例 。 在 參 數 設 定 上 ： 隱 藏 層 通 常 使 用 1 層 。 隱 藏 層 的 處 理 單 元 之 數 目 越 多 收 斂 越 慢 ， 但 可 達 到 更 小 的 誤 差 值 ， 但 太 多 並 不 一 定 必 然 的 降 低 測 試 範 例 的 誤 差 ， 只 是 增 加 執 行 的 負 擔 與 時 間 ； 太 少 不 足 以 反 應 輸 入 變 數 間 的 交 互 作 用 ， 因 而 有 較 大 的 誤 差 ， 而 數 目 越 多 ， 網 路 複 雜 ， 收 斂 較 慢 。 學 習 速 率 通 常 使 用 最 大 穩 定 學 習 速 率 。 較 大 的 學 習 速 率 有 較 大 的 網 路 加 權 值 修 正 量 ， 可 較 快 逼 近 函 數 最 小 值 ， 但 過 大 卻 導 致 加 權 值 修 正 過 量 ， 造 成 數 值 震 盪 而 難 以 達 到 收 斂 的 目 的 。 一 般 用 經 驗 取 0 . 1 ~ 1 . 0 之 間 ， 或 是 採 取 自 動 調 整 學 習 速 率 的 方 式 來 處 理 。 由 上 述 說 明 可 瞭 解 本 發 明 量 測 方 法 中 運 用 「 曲 線 擬 合 」 與 「 類 神 經 網 路 」 進 一 步 的 技 術 內 容 ， 而 在 前 述 的 量 測 實 施 方 式 中 可 進 一 步 歸 納 出 下 列 步 驟 ： a . 對 一 面 光 源 施 加 不 同 的 工 作 電 壓，並 在 該 面 光 源 的 同 一 指 定 位 置 上 取 其 在 不 同 工 作 電 壓 下 的 輝 度 值 ； b . 對 前 述 面 光 源 施 加 不 同 的 工 作 電 壓 ， 並 利 用 C C D 在 面 光 源 的 同 一 指 定 位 置 上 擷 取 其 不 同 工 作 電 壓 下 的 圖 像 ， 並 分 別 轉 換 為 一 灰 階 圖 像 ；
c . 於 各 灰 階 圖 像 的 指 定 位 置 分 別 取 出 一 原 始 灰 階 值，該 原 始 灰 階 值 與 輝 度 值 具 有 正 比 關 係 ； d . 根 據 前 述 複 數 組 對 應 的 原 始 灰 階 值 與 輝 度 值，採 用 曲 線 擬 合 方 法 引 導 出 相 關 函 數 關 係 ； e . 在 前 述 面 光 源 定 義 出 複 數 個 特 徵 點 位 置，並 對 面 光 源 施 加 一 固 定 的 工 作 電 壓 ， 並 以 C C D 擷 取 面 光 源 在 該 工 作 電 壓 下 的 圖 像 ， 進 而 在 前 述 複 數 特 徵 點 位 置 上 分 別 取 得 在 該 工 作 電 壓 下 之 面 光 源 圖 像 的 未 校 正 灰 階 值 ， 再 基 於 曲 線 擬 合 形 成 的 函 數 關 係 ， 反 求 出 該 複 數 特 徵 點 位 置 的 已 校 正 灰 階 值 ； f . 根 據 前 述 複 數 組 對 應 的 未 校 正 灰 階 值 與 輝 度 值 ， 取 得 複 數 組 ” 特 徵 值 灰 階 校 正 係 數 ” ( 灰 階 校 正 係 數 = 已 校 正 灰 階 值 / 未 校 正 灰 階 值) ； g . 根 據 前 述 ” 特 徵 值 灰 階 校 正 係 數 ” 利 用 類 神 經 網 路 形 成 灰 階 校 正 矩 陣 ； h . 根 據 前 述 灰 階 校 正 矩 陣 對 C C D 取 得 的 影 像 進 行 校 正 ； i . 將 上 述 灰 階 已 經 過 校 正 後 的 影 像 透 過 ” 已 校 正 灰 階 值 與 輝 度 的 擬 合 曲 線 ＂ 轉 化 成 一 二 維 輝 度 分 布 圖 像 。 利 用 前 述 方 法 可 對 用 數 位 相 機 擷 取 待 測 面 光 源 之 取 像 進 行 校 正 ， 以 得 到 一 顯 著 提 升 可 靠 度 的 二 維 輝 度 分 析 結 果 。 由 於 前 述 分 析 結 果 可 能 受 雜 訊 干 擾 ， 故 可 針 對 分 析 結 果 進 行 濾 波 ， 以 排 除 前 述 的 雜 訊 干 擾 ， 一 種 可 行 的 濾 波 技 術 為 中 值 濾 波 器 。 前 述 二 維 輝 度 分 布 的 量 測 被 定 義 為 一 “ 自 體 量 測 ” 模 式 ， 其 主 要 根 據 待 測 面 光 源 本 身 量 測 的 灰 階 值 與 輝 度 值 建 立 的 灰 階 校 正 矩 陣 ， 作 為 模 擬 二 維 輝 度 分 析 之 依 據 ， 因 此 當 對
不 同 面 光 源 進 行 二 維 輝 度 分 析 時 ， 即 須 分 別 針 對 不 同 的 面 光 源 分 別 建 立 灰 階 校 正 矩 陣 。 除 上 述 模 式 以 外 ， 亦 可 採 用 固 定 的 灰 階 校 正 矩 陣 來 進 行 模 擬 二 維 輝 度 分 析 ： 主 要 先 利 用 前 述 的 “ 自 體 量 測 ” 分 布 方 法 對 一 背 光 模 組 分 別 求 出 已 校 正 灰 階 值 與 輝 度 的 擬 合 曲 線 、 灰 階 校 正 矩 陣 。 接 著 利 用 該 「 灰 階 校 正 矩 陣 」 與 「 已 校 正 灰 階 值 與 輝 度 的 擬 合 曲 線 」 對 其 他 同 批 或 同 類 型 的 背 光 模 組 進 行 二 維 輝 度 分 布 的 校 正 量 測 ， 此 種 模 式 被 定 義 為 一 “ 系 統 量 測 ” 模 式 。 【 圖 式 簡 單 說 明 】 第 一 圖 ： 係 一 數 位 相 機 取 像 原 理 示 意 圖 。 第 二 圖 ： 係 數 位 相 機 取 得 照 度 值 存 在 誤 差 之 示 意 圖 。 第 三 圖 ： 係 本 發 明 之 硬 體 架 構 示 意 圖 。 第 四 圖 ： 係 本 發 明 在 面 光 源 上 定 義 特 徵 點 位 置 之 示 意 圖 。 第 五 圖 ： 係 本 發 明 施 加 背 光 模 組 工 作 電 壓 所 產 生 不 同 輝 度 值 、 灰 階 值 之 相 關 數 據 表 格 。 第 六 圖 ： 係 利 用 C C D 擷 取 理 想 均 勻 之 面 光 源 的 未 校 正 灰 階 之 輝 度 分 布 圖 像 。 第 七 圖 ： 係 利 用 C C D 擷 取 一 背 光 模 組 的 圖 像 （ 校 正 灰 階 前 ） 第 八 圖：係 利 用 C C D 擷 取 一 背 光 模 組 的 輝 度 分 佈 圖 像（ 經 神 經 網 路 校 正 灰 階 後 ） 第 九 圖 ： 係 一 類 神 經 網 路 之 示 意 圖 。 【 主 要 元 件 符 號 說 明 】
( 1 0 ) 翻 拍 架 ( 1 1 ) 測 試 平 台 ( 1 2 ) 固 定 座
第 一 圖
第 三 圖
電壓值 輝度值 灰階值 10.0 2.6 0 10.2 6.8 1 10.4 15.4 2 10.6 30.1 9 10.8 55.5 19 11.0 93.3 33 11.2 147.1 49 11.4 216.3 64 11.6 308.5 81 11.8 431.5 105 12.0 573.3 126
第 五 圖
第 六 圖
第 七 圖
第 九 圖
99 年度專題研究計畫研究成果彙整表
計畫主持人：李孝貽 計畫編號： 99-2221-E-151-042-計畫名稱：以神經網路與數位相機從事量測 LED 液晶電視之二維輝度分佈的研究 量化 成果項目 實際已達成 數（被接受 或已發表） 預期總達成 數(含實際已 達成數) 本計畫實 際貢獻百 分比 單位 備 註 （ 質 化 說 明：如 數 個 計 畫 共 同 成 果、成 果 列 為 該 期 刊 之 封 面 故 事 ... 等） 期刊論文 1 0 100% 2. Jian-Shian Lin, Hao-Shun Wei, Ke-Hao Liao, Hsin-Yi Ma and Hsiao-Yi Lee* ＇ DETECTING TWO-DIMENSIONAL LUMINANCE DISTRIBUTION OF PLANAR LIGHT SOURCE BY USE OF NEURAL NETWORK AND DIGITAL CAMERA,＇ Journal of the Chinese Institute of Engineers, Vol 33, No.5, pp-769~773. (2010)(SCI) 研究報告/技術報告 0 0 100% 研討會論文 1 0 100% 篇 廖介宏，彭耀祈， 鄭 乃 仁 ， 易 政 男 ，李孝貽 ＇ 以 簡 易 數 位 相 機 量測 LCD 背光源之 二 維 輝 度 的 校 正 研 究 ＇ OPTICS AND PHOTONICS TAIWAN ＇ 06, DECEMBER 15-16, 2006, HSIN CHU , TAIWAN, ROC. (2006) 國內 論文著作 專書 0 0 100%申請中件數 1 0 100% 發明名稱： 以類 神 經 網 路 為 核 心 的 二 維 輝 度 量 測 方法】 公 開 編 號 ： 200931000 專利 已獲得件數 0 0 100% 件 件數 0 0 100% 件 技術移轉 權利金 0 0 100% 千元 碩士生 0 0 100% 博士生 0 0 100% 博士後研究員 0 0 100% 參與計畫人力 （本國籍） 專任助理 0 0 100% 人次 期刊論文 0 0 100% 研究報告/技術報告 0 0 100% 研討會論文 0 0 100% 篇 論文著作 專書 0 0 100% 章/本 申請中件數 0 0 100% 專利 已獲得件數 0 0 100% 件 件數 0 0 100% 件 技術移轉 權利金 0 0 100% 千元 碩士生 0 0 100% 博士生 0 0 100% 博士後研究員 0 0 100% 國外 參與計畫人力 （外國籍） 專任助理 0 0 100% 人次 其他成果 (無法以量化表達之成 果如辦理學術活動、獲 得獎項、重要國際合 作、研究成果國際影響 力及其他協助產業技 術發展之具體效益事 項等，請以文字敘述填 列。) 民國 99 年協助碩士論文指導學生獲得『第二屆海峽兩岸大學生職業技能大賽一 等獎 成果項目 量化 名稱或內容性質簡述 測驗工具(含質性與量性) 0 課程/模組 0 電腦及網路系統或工具 0 教材 0 科 教 處 計 畫
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