주변 광원 센서

이 문서에서는 주변 광원 센서가 통합된 디바이스의 디자인 및 개발에 대한 권장 사항을 제공합니다. 적절한 ALS(주변 광원 센서) 디바이스를 선택하는 것은 중요합니다.

다음 상위 수준 검사 목록은 센서 하드웨어를 디바이스에 통합하는 개발자를 위한 것입니다. 이 문서의 나머지 부분에는 프로세스와 배경 정보가 자세히 설명되어 있습니다.

• 적절한 백라이트 원본을 선택합니다.
• 적합한 광원 센서를 선택합니다.
• 디바이스 엔클로저에서 광원 센서에 최적화된 배치를 선택합니다.
• 코팅, 광원 파이프, 센서 구성, 배치 등과 같은 모든 요소를 고려하여 모델별 보정을 수행합니다. 이 작업은 전문적이고 미리 보정된 광원 측정기를 사용하여 수행해야 합니다.
• 지원되는 방법 중 하나를 사용하여 센서를 디바이스에 통합합니다.
• 받은 편지함 HID 센서 클래스 드라이버를 활용합니다. USB, SPI 또는 I2C HID 전송을 통해 디바이스를 연결합니다.
• 전체 디바이스를 광원 측정 도구로 테스트합니다. 다양한 유형의 테스트 조명(백열등, 형광등, LED)을 다양한 강도로 사용하고 센서 플랫폼을 통해 보고된 값을 고품질 광원 측정기와 비교합니다. 측정기는 디바이스 디스플레이에서 광원 인시던트 측정을 수행해야 합니다.
• Windows HLK(하드웨어 랩 키트) 디바이스 요구 사항 및 관련 테스트를 사용하여 디바이스 및 타사 드라이버를 테스트합니다. 올바르게 실행되고 모든 테스트 사례를 통과하는지 확인합니다.
• OEM, ODM, IHV가 디바이스 하드웨어의 각 주요 수정 버전에 대한 기계적 디자인 검토에 참여하는지 확인합니다.
• 센서 구현이 기계, 광학, 전기 엔지니어링 관점에서 최적화되었는지 확인합니다.
• 적응형 밝기 테스트 사례에 언급된 단계를 사용하여 광원 센서 및 적응형 밝기를 테스트합니다.

광원 센서를 디바이스 하드웨어와 통합

여러 가지가 광원 센서가 제공하는 정보로 수행할 수 있는 작업에 큰 영향을 미칠 수 있습니다. 고려 사항은 다음과 같습니다.

• 센서 유형(디지털 광원 센서가 선호됨)
• 센서의 정확도, 해상도, 시야
• 센서의 동적 범위
• IR(적외선) 및 UV(자외선) 거부(사람의 눈 반응)
• 지원되는 버스 기술(디지털 전용)
• 디지털 샘플링 속도
• 전력 소비
• 패키징 및 배치 옵션

다음 요소는 특별한 고려가 필요합니다.

• 정확도 및 해상도: 애플리케이션에서 적응형 밝기 및 광원 인식 UI에 대한 최적의 사용자 환경을 제공하려면 정확한 센서 데이터가 입력되어야 합니다. 일반적으로 센서가 정확할수록 해당 사용자 환경이 더 좋아집니다. 실제 ALS(주변 광원 센서) 보정 값에 대한 양호한 목표는 실제 조명 조건의 4% 이내의 일관된 정확도입니다.
• 동적 범위: 광원 센서의 동적 범위는 센서가 보고할 수 있는 최댓값과 최솟값의 비율이며 센서가 효과적일 수 있는 조명 환경의 범위를 정의합니다. 낮은 동적 범위 광원 센서는 사용할 수 있는 환경을 제한합니다. 휴대폰과 같이 실외에서 사용하도록 설계된 디바이스에 탑재된 주변 광원 센서는 실외 조명 조건을 지원해야 합니다. 햇빛은 0~10,000lux 또는 그 이상일 수 있습니다. 실내에서 사용하도록 설계된 디바이스의 ALS 동적 범위는 더 작을 수 있습니다. 실내 조명은 일반적으로 0~1000lux입니다.
• 세분성: 최상의 환경을 보장하려면 주변 광원이 25lux 미만일 때 ALS의 세분성이 1lux이고 25lux 이상일 때 주변 광원의 세분성이 4%여야 합니다. 이렇게 하면 적응형 밝기 알고리즘이 부드러운 화면 밝기 전환을 수행할 수 있습니다.

참조할 일반적인 조명 조건은 다음과 같습니다.

주변 광원 센서 유형

주변광 센서는 두 가지 기본 유형이 있습니다.

• 아날로그 광원 센서는 A/D(아날로그-디지털) 변환기가 있는 기본 제공 컨트롤러에 연결되며 광원 센서 데이터를 정확하게 해석하고 판독값에 영향을 미치는 다양한 조건과 현상을 보정할 수 있는 펌웨어가 필요합니다. 이러한 현상의 몇 가지 예로는 IR(적외선) 광원 거부 및 광원 주파수 보정이 있습니다. 예를 들어 형광등은 조명 기구에 공급되는 AC 전원의 주파수에 따라 강도가 다릅니다. 아날로그 센서는 일반적으로 매우 저렴합니다.
• 디지털 광원 센서는 아날로그 센서보다 비싸지만 장점이 있습니다. 디지털 광원 센서는 다양한 조건과 현상을 자동으로 보정할 수 있습니다. 디지털 센서도 매우 간편합니다. 일부 디지털 광원 센서는 거칠고 불연속적인 럭스 측정값을 제공할 수 있습니다. 낮은 광원 조건에서는 판독값의 세분성을 신중하게 고려해야 합니다. 낮은 광원 조건에서 거칠고 불연속적인 측정으로 인해 사용자를 위한 밝기 환경이 저하될 수 있습니다.

어떤 유형의 광원 센서를 선택하든 정확한 판독값을 가져와서 시스템에 노출해야 합니다.

광원 센서 수

조명 상태를 측정하는 데 사용할 수 있는 주변 광원 센서가 많을수록 실제 조도를 더 잘 예측할 수 있습니다. 그러나 각 광원 센서는 비용을 추가하고 디바이스의 공간을 사용합니다.

제조업체가 시스템에 가장 정확한 주변 광원 감지 기능을 제공하는 솔루션을 위해 노력하는 것이 중요합니다. 저렴한 솔루션은 단일 센서에 의존할 수 있지만 고급 하드웨어는 센서 배열을 사용하여 최상의 측정을 제공할 수 있습니다. OEM이 ALS를 가리는 손 또는 그림자와 같은 문제를 해결하기 위해 여러 주변 광원 센서를 구현하도록 선택하는 경우 OEM은 하나의 논리(통합) ALS를 Windows에 노출하고 가장 정확한 데이터를 보고해야 합니다.

여러 센서가 시스템에 노출되는 경우 자동 밝기에 사용되는 단일 센서는 DEVPKEY_SensorData_LightLevel_AutoBrightnessPreferred 속성을 노출해야 합니다. 마찬가지로 OEM은 여러 주변 광원 센서를 융합하고 그 결과를 순수 소프트웨어 센서라고도 하는 가상 광원 센서로 노출하기로 결정할 수 있습니다. 물리적 광원 센서와 가상 광원 센서 모두 센서 디바이스 드라이버 인터페이스를 통해 노출되는 경우 융합 센서는 DEVPKEY_SensorData_LightLevel_AutoBrightnessPreferred 속성을 노출해야 합니다.

광원 센서 배치

광원 센서의 올바른 배치는 좋은 시스템 디자인의 또 다른 중요한 측면입니다. ALS의 목표는 사용자가 인식하는 환경의 밝기를 측정하는 것입니다. 이론적으로 가장 좋은 센서 위치는 사용자의 눈 사이에 있습니다. 광원 센서의 실제 최적의 배치는 일반적으로 디스플레이와 동일한 평면에 있으며 사용자를 향합니다. 디스플레이에 배치된 센서는 화면에서 발생할 수 있는 약간의 눈부심을 감지하는 이점이 있습니다.

정상적인 사용 중에 그림자나 사용자의 손, 손가락 또는 팔에 의해 광원으로부터 가려질 가능성이 있는 컴퓨터 영역에 광원 센서를 배치하지 마세요. 아래 그림에서는 직접 광원이 사용자 뒤에 있는 사용자 시나리오의 예를 보여 줍니다. 화면의 아래쪽 절반과 컴퓨터의 밑에 그림자가 드리워집니다. 이 시나리오는 화면 위쪽에서 사용자를 향하는 최적의 광원 센서 배치를 제안합니다.

디바이스가 사용할 수 있는 다양한 구성(예: 태블릿 모드와 노트북 모드의 키보드 위치)이 조리개를 막지 않고 센서의 시야와 교차하지 않는지 확인합니다.

마지막으로 센서의 시야가 노이즈 광원(카메라 플래시, 키보드 백라이트 등)과 교차하지 않는지 확인합니다. 이는 추가 노이즈 또는 나쁜 판독값에 기여할 수 있습니다. 노이즈 광원과 교차하는 시야를 고려할 때 디바이스에서 사용할 수 있는 다양한 구성을 모두 고려해야 합니다.

잘못된 광원 센서 데이터 처리

특정 조건에서 주변 광원 센서 시야가 개체 또는 사용자에 의해 가려져 센서가 정확한 판독을 수행하지 못할 수 있습니다. 예를 들어 사용자의 손이 주변 광원 센서 조리개를 덮을 때 이러한 조건이 발생할 수 있습니다. 다른 많은 경우가 있습니다.

주변 광원 센서는 PKEY_SensorData_IsValid 데이터 필드가 FALSE로 설정된 새 센서 샘플을 보내 운영 체제에 이러한 상황을 알릴 수 있습니다. 적절한 하드웨어 디자인은 이 값을 FALSE로 설정해야 하는 시간과 시나리오를 최소화해야 합니다. 이러한 시나리오는 시스템이 밝기를 적절하게 제어하지 못하도록 합니다. 이상적인 시스템에서 주변 광원 센서는 항상 주변 광원을 측정할 수 있으며 이 값은 TRUE로 설정됩니다.

광원 센서 필터, 렌즈, 엔클로저, 보정

ALS를 포함하는 디바이스를 엔지니어링할 때 ALS와 관련된 기계, 광학, 전기 구성 요소의 전체 시스템을 신중하게 고려해야 합니다. 다음 다이어그램에서는 주변 광원 센서 하드웨어를 Windows와 통합하고 보정할 때 고려하고 이해해야 하는 주요 기계 구성 요소를 보여 줍니다.

이 다이어그램에는 다음이 표시됩니다.

• 유리 - 화면의 외부 표면
• 잉크 코팅 - 화면 주위의 검은색 테두리
• 차광 - 빛 번짐 방지
• 광원 파이프 - 광원을 수집하고 센서로 전달합니다.
• 주변 광원 센서
• 마더보드

이 다이어그램은 다음 두 가지 광원 수준을 참조합니다.

1. $LUX_{1}$: 디스플레이 표면의 디바이스 주변에 대한 인시던트 광원 수준입니다. 이 수준은 센서 플랫폼을 통해 주변 광원 센서에 의해 측정되고 보고됩니다.

2. $LUX_{2}$: ALS 표면의 인시던트 광원 수준입니다. 이는 광학 장치의 감쇠 계수를 고려하지 않으므로 센서 플랫폼을 통해 보고하는 올바른 광원 수준이 아닙니다.

감쇠 계수는 디바이스의 외부 표면(일반적으로 유리)과 ALS의 감지 표면 사이의 다양한 구성 요소에 의해 차단되는 광원의 양에 해당합니다. 감쇠는 다음과 같이 계산할 수 있습니다. A = (1 - transmittance)

$LUX_{2}$는 항상 $LUX_{1}$보다 낮아야 합니다.

이러한 두 럭스 값의 차이를 감쇠 계수라고 합니다. 감쇠 계수는 유리의 위쪽 표면($LUX_{1}$)과 주변 광원 센서의 베어 표면($LUX_{2}$) 사이의 광원 투과율의 총 백분율을 설명합니다. 이는 페인트가 칠해진 유리 표면을 사용할 때 가장 급격합니다. 센서 IHV의 지원을 받는 OEM은 럭스 값을 운영 체제에 노출하기 전에 하드웨어에서 감쇠 계수를 측정하고 수정해야 합니다.

아래 예에서 유리의 위쪽 표면과 주변 광원 센서의 베어 표면 사이의 총 광원 투과율이 5%라고 가정합니다. 필요한 럭스 범위를 지원하려면 선택한 광원 센서가 베어 센서에서 다음 범위를 지원해야 합니다.

• $Minimum = 1 lux × 0.05 = 0.05 lux$
• $Maximum = 100,000 lux × 0.05 = 5000 lux$

펌웨어 또는 드라이버에서 하드웨어 또는 소프트웨어 ALS 솔루션이 구현되고 있는지 여부에 따라 감쇠 계수를 설명하기 위해 다음 변환이 사용됩니다.

$Output LUX = LUX_{1} = LUX_{2} / (total % _{light _transmittance})$

100lux의 베어 주변 광원 센서 판독값의 경우 결과 출력 럭스는 다음과 같습니다.

$Output LUX = 100 / 0.05 = 2000 LUX$

전체 시스템도 적절한 광원 측정 장비로 보정해야 합니다. 이 예에서는 정식 보정 전에 부분 선택 및 초기 보정에 대한 일반적인 고려 사항만을 보여 줍니다. 가장 일관된 최상의 사용자 환경을 위해 단위별 공장 보정을 강력하게 권장합니다. 센서의 정확도 범위는 단위마다 +/-20%인 경우가 많으며 이는 단위별 공장 보정을 통해 설명할 수 있습니다.

또한 시야는 주변 광원 센서 배치 및 설계에서 고려해야 할 중요한 요소입니다. 시야가 작을수록 센서의 성능이 저하됩니다. 일반적으로 55도 반각 시야(총 110도)가 적절한 대상입니다. 시야가 넓을수록 센서가 실제 조명 환경을 정확하게 반영하지 못할 수 있는 단일 광원이나 그림자 영역을 포착하는 경향이 줄어듭니다.

HID 및 SPB를 사용하는 센서 연결

다음 다이어그램은 HID 프로토콜과 SPB용 IHV 관련 드라이버를 사용하여 ALS를 통합하는 방법을 보여 줍니다.

HID 센서 하드웨어, 드라이버, 소프트웨어 스택은 다음과 같습니다.

SPB 센서 하드웨어, 드라이버, 소프트웨어 스택은 다음과 같습니다.

HID 및 I2C를 포함한 HID 프로토콜을 통한 센서 하드웨어 통합에 대한 자세한 내용은 센서 HID 클래스 드라이버를 참조하세요.

SPB 버스를 통한 센서 통합에 대한 자세한 내용은 GitHub의 센서 콤보 샘플 드라이버 소스 코드를 참조하세요.

주변 광원 센서 보정

전문 보정(권장)

제어된 조명 환경에서 전문적이고 사전에 보정된 센서를 사용하여 통합 시스템에서 ALS를 보정하는 것이 좋습니다. 광원 측정기라고도 하는 이러한 사전 보정된 센서는 전자 장비 공급업체 및 온라인 소매점에서 구매할 수 있습니다.

기타 보정 기술

다른 ALS 모니터링 및 보정 도구에 대한 자세한 내용은 Microsoft 주변 광원 도구 문서를 통해 확인할 수 있습니다.

광원 센서 유효성 검사

첫 번째 단계로 항상 센서(예: 입력) 하드웨어 랩 키트 테스트를 실행하여 주변 광원 센서의 유효성을 검사해야 합니다. 모든 최소 하드웨어 요구 사항 및 Windows 하드웨어 호환성 프로그램 테스트를 통과해야 합니다.

주변 광원 센서가 적절하게 작동하는지 검사하려면 다음을 수행합니다.

• DisplayEnhancementService가 시작되었는지 확인합니다.
• 자동 밝기를 사용하도록 설정하고 슬라이더를 50%로 설정합니다.
• 조명이 변경되면 디스플레이 밝기가 변경되는지 확인합니다.
• 조광기를 사용하여 환경 조명을 천천히 올리고 내리고 럭스 값이 부드럽게 올라가고 내려가는지 확인합니다. 거칠고 불연속적인 빛의 변화는 최적이 아닌 화면 밝기 반응을 초래하므로 피해야 합니다.
• 전문 럭스 측정기를 사용하여 ALS 판독값이 정확한지 확인합니다. 최소한 0, 10, 100, 500, 1,000lux 포인트를 확인합니다.
• ALR 곡선만 사용자 지정한 시스템에서 사용자와 함께 동작을 테스트하여 ALR 데이터가 사용자의 기대를 충족하는지 확인합니다.

최소 하드웨어 요구 사항 및 Windows 하드웨어 호환성 프로그램

최소 하드웨어 요구 사항 및 Windows 하드웨어 호환성 프로그램 요구 사항은 Windows 호환 센서 환경을 만들기 위한 기본 사항입니다. 프로그램은 선택 사항이지만 기본 오디오 품질을 보장하려면 오디오 제품이 두 가지 요구 사항을 모두 충족하는 것이 좋습니다.

자세한 내용은 Windows 하드웨어 호환성 프로그램을 참조하세요.

다음 섹션에서는 센서에 대한 권장 사항을 다루고 있습니다. 고품질 환경을 보장하려면 모든 디바이스를 이러한 성능 요구 사항에 대해 테스트해야 합니다.

주변 응답 곡선

주변 광원 센서가 주변 광원 응답 곡선을 보고하는 경우 다음을 따라야 합니다.

센서의 응답 곡선에는 2개 이상의 점이 있어야 하며 기울기는 양수이거나 평평해야 합니다. 자세한 내용은 반응 곡선을 참조하세요.

색상 지원

주변 광원 센서는 색상을 감지할 필요가 없습니다. 주변 광원 센서가 색상을 지원하는 경우 색상 관련 속성, 임계값, 데이터 필드를 보고해야 합니다. 색상 지원 광원 센서는 다음 열거 속성을 보고해야 합니다.

색상 지원 광원 센서는 다음 데이터 필드 조합 중 하나를 보고해야 합니다.

• 럭스, 켈빈, 색도 x, 색도 y
• 럭스, 색도 x, 색도 y

자세한 내용은 광원 센서 데이터 필드를 참조하세요.

광원 센서가 보고하는 색상 데이터 필드의 경우 임계값도 지원되어야 합니다. 하나 이상의 임계값이 충족되면 샘플을 보고해야 합니다. 자세한 내용은 광원 센서 임계값을 참조하세요.

데이터 필드 속성

주변 광원 센서는 필수 데이터 필드 속성을 보고해야 합니다. 자세한 내용은 광원 센서 데이터 필드를 참조하세요.

데이터 형식

주변 광원 센서는 광원 데이터를 보고하는 데 필요합니다. 자세한 내용은 광원 센서 데이터 필드를 참조하세요.

최소 보고서 간격

Windows에서 색상을 지원하지 않는 주변 광원 센서는 250밀리초 이하의 보고 간격을 지원해야 합니다. Windows의 색상 지원 주변 광원 센서는 1,000밀리초 이하의 보고 간격을 지원해야 합니다.

임계값

광원 센서는 럭스의 임계값을 지원하는 데 필요합니다. 절대 임계값이 지원되는 경우 보고할 데이터 샘플에 대해 백분율 및 절대 럭스 임계값을 모두 충족해야 합니다.

절대 임계값이 1lux이고 백분율 임계값이 25%라고 가정합니다.

자세한 내용은 광원 센서 임계값을 참조하세요.

자동 밝기 선호

주변 광원 센서를 자동 밝기 기능과 함께 사용하려는 경우 다음 열거 속성을 보고해야 합니다.

시스템에는 이 속성을 보고하는 주변 광원 센서가 하나만 있어야 합니다.

색상 보정

주변 광원 센서는 색상을 지원할 필요가 없습니다. 주변 광원 센서가 색상을 지원하는 경우 적절하게 보정해야 합니다.

광원은 센서를 직접 향합니다.

• 감지된 주변 럭스는 실제 들어오는 광원의 10% 또는 1lux 이내입니다.
• 검지된 색도 x와 y는 실제 들어오는 광원의 0.025 이내입니다.

열거 속성

주변 광원 센서는 다른 센서의 필수 열거 속성이 아니더라도 DEVPKEY_Sensor_ConnectionType을 보고해야 합니다.

유효함

주변 광원 센서는 광원 센서 샘플이 유효한지 여부를 보고할 필요가 없습니다. 주변 광원 센서가 이를 지원하는 경우 다음 데이터 필드를 보고해야 합니다.

PKEY_SensorData_IsValid 값이 변경되면 임계값 충족 여부와 관계없이 샘플을 보고해야 합니다.

럭스 임계값이 1lux라고 가정합니다.

광원 보정

Windows의 자동 밝기 서비스에는 환경의 광원 수준을 정확하게 측정할 수 있는 광원 센서가 필요합니다. 광원이 색상을 지원하지 않는 광원 센서를 직접 향하는 경우 보고된 광원 수준은 실제 들어오는 광원 수준의 4% 이내 또는 최소 1lux여야 합니다.

광원 범위

Windows의 자동 밝기 서비스는 1~10,000lux의 적절한 범위의 광원을 감지할 수 있어야 합니다. 범위가 이보다 작은 경우 조정된 자동 밝기가 환경의 실제 밝기와 일치하지 않을 수 있습니다.

추가 정보

• 적응형 밝기
• 센서 드라이버 디자인 가이드
• 센서 HID 사용