數字光學處理(DLP?)是投影和顯示信息的一個革命性的新方法。基於Texas儀器公司開發的數字微反射鏡器件(DMD?),DLP完成了顯示數字可視信息的最終環節。
數字光學處理(DLP™)是投影和顯示信息的一個革命性的新方法。基於Texas儀器公司開發的數字微反射鏡器件(DMD™),DLP完成了顯示數字可視信息的最終環節。數字光學處理(DLP™)技術在消費者、商業和投影顯示工業的專業領域方面被作為子系統或“發動機”提供給市場主管。正如CD在音頻領域的革命一樣,DLP將在視頻投影方面帶來革命。
DLP有三個超過現有投影技術的關鍵優勢。DLP固有的數字性質能使噪聲消失,獲得具有數字灰度等級的精細的圖像質量以及顏色再現。它的數字性質也把DLP置於數字視頻底層結構的最後環節。DLP比與此競爭的透射式液晶顯示(LCD)技術更有效,因為它以反射式DMD為基礎,不需要偏振光。最後,封閉間隔的微反射鏡使視頻圖像投影成具有更高可見分辨率的無縫隙圖像。對於影視投影顯示、計算機幻燈展示或全球範圍內多人通過交互技術進行合作方面,DLP是現在和未來在數字可視通信方面的唯一選擇。
隨著信息時代的到來,計算機多媒體技術的迅猛發展,網絡技術的普遍應用,大到指揮監控中心,網管中心的建立,小到臨時會議、技術講座的進行,都渴望獲得大畫面、多彩色、高亮度、高分辨率的顯示效果,而傳統的CRT顯示器很難滿足人們這方面的要求。近些年來迅速發展焉的大屏幕投影機技術成為解決彩色大畫面顯示的有效途徑,應用範圍進一步拓展,市場也因需求的增長日漸活躍。我們現就如何選擇投影機做一下介紹。
一、投影機的原理及分類
到目前為止,投影機主要通過三種顯示技術實現,即CRT投影技術、LCD投影技術以及近些年發展起來的DLP投影技術。
CRT是英文Cathode Ray Tube的縮寫,譯作陰極射線管。作為成像器件,它是實現最早、應用最為廣泛的一種顯示技術。這種投影機可把輸入信號源分解成R(紅)、G(綠)B(藍)三個CRT管的熒光屏上,熒光粉在高壓作用下發光系統放大、會聚、在大屏幕上顯示出彩色圖像。光學系統與RT管組成投影管,通常所說的三槍投影機就是由三個投影管組成的投影機,由於使用內光源,也叫主動式投影方式。CRT技術成熟,顯示的圖像色彩豐富,還原性好,具有豐富的幾何失真調整能力;但其重要技術指標圖像分辨率與亮度相互制約,直接影響CRT投影機的亮度值,到目前為止,其亮度值媽終徘徊在300lm以下。另外CRT投影機操作複雜,特別是會聚調整繁瑣,機身體積大,只適合安裝於環境光較弱、相對固定的場所,不宜搬動。
LCD是 Liquid Cristal Device 的英文縮寫。LCD投影機分為液晶板和液晶光閥兩種。液晶是介於液體和固體之間的物質,本身不發光,工作性質受溫度影響很大,其工作溫度為-55oC~+77oC。投影機利用液晶的光電效應,即液晶分子的排列在電場作用下發生變化,影響其液晶單元的透光率或反射率,從機時影響它的光學性質,產生具有不同灰度層次及顏色的圖像。下面分別說明兩種LCD投影機的原理。
液晶光閥投影機
它采用CRT管和液晶光閥作為成像器件,是CRT投影機與液晶與光閥相結合的產物。為了解決圖像分辨率與亮度間的矛盾,它采用外光源,也叫被動式投影方式。一般的光閥主要由三部分組成:光電轉換器、鏡子、光調制器,它是一種可控開關。通過CRT輸出的光信號照射到光電轉換器上,將光信號轉換為持續變化的電信號;外光源產生一束強光,投射到光光閥上,由內部的鏡子反射,能過光調制器,改變其光學特性,緊隨光閥的偏振濾光片,將濾去其它方向的光,而只允許與其光學縫隙方向一致的光通過,這個光與CRT信號相複合,投射到屏幕上。它是目前為止亮度、分辨率最高的投影機,亮度可達6000lm,分辨率為2500×2000,適用於環境光較強,觀眾較多的場合,如超大規模的指揮中心、會議中心及大型娛樂場所,但其價格高,體積大,光閥不易維修。主要品牌有:休斯-JVC、Ampro等。
液晶板投影機
它的成像器件是液晶板,也是一種被動式的投影方式。利用外光源金屬鹵素燈或UHP(冷光源),若是三塊LCD板設計的則把強光通過分光鏡形成RGB三束光,分別透射過RGB三色液晶板;信號源經過模數轉換,調制加到液晶板上,控制液晶單元的開啟、閉合,從而控制光路的通過斷,再經鏡子合光,由光學鏡頭放大,顯示在大屏幕上。目前市場上常見的液晶投影機比較流行單片設計(LCD單板,光線不用分離),這種投影機體積小,重量輕,操作、攜帶極其方便,價格也比較低廉。但其光源壽命短,色彩不很均勻,分辨率較低,最高分辨率為1024×768,多用於臨時演示或小型會議。這種投影機雖然也實現了數字化調制信號,但液晶本身的物理特性,決定了它的響應速度慢,隨著時間的推移,性能有所下降。
DLP是英文Digital Light Porsessor 的縮寫,譯作數字光處理器。這一新的投影技術的誕生,使我們在擁有捕捉、接收、存儲數字信息的能力後,終於實現了數字信息顯示。DLP技術是顯示領域劃時代的革命,正如CD在音頻領域產生的巨大影響一樣,DLP將為視頻投影顯示翻開新的一頁。它以DMD(Digital Micormirror Device)數字微反射器作為光閥成像器件
DLP投影機的技術關鍵點如下:首先是數字優勢。數字技術的采用,使圖像灰度等級達256-1024級,色彩達2563-10243種,圖像噪聲消失,畫面質量穩定,精確的數字圖像可不斷再現,而且曆久彌新。其次是反射優勢。反射式DMD器件的應用,使成像器件的總光效率達60%以上,對比度和亮度的均勻性都非常出色。在DMD塊上,每一個像素的面積為16μm×16,間隔為1μm。根據所用DMD的片數,DLP投影機可分為:單片機、兩片機、三片機。DLP投影機清晰度高、畫面均勻,色彩銳利,三片機亮度可達1000lm以上,它拋棄了傳統意義上的會聚,可隨意變焦,調整十分便利;只是分辨率不高,不經壓縮分辨率為800×600(有些機型的最新產品的分辨率已經達到1280×1024)。但由於是新技術,維修的難度及費用並不低。
二、投影機的主要技術指標
投影機的性能指標是區別投影機檔次高低的標志。投影機的性能指標有很多,這裏只談談幾個主要指標。
1.光輸出(Light Out)
是指投影機輸出的光能量,單位為[流明](lm)。與光輸出有關的一個物理量是亮度,是指屏幕表面受到光照射發出的光能量與屏幕面積之比,亮度常用的單位是[勒克斯](lx,1lx=1lm/m2)。當投影機輸出的光通過一定時,投射面積越大亮度越低,反之則亮度越高。決定投影機光輸出的因素有投影及熒光屏面積、性能及鏡頭性能、通常熒光屏面積大,光輸出大。帶有液體耦合鏡頭的投影機鏡頭性能好,投影機光輸出也可相應提高。例如:SHARP XV-7000S、XG-SV1A等。
附:光輸出計算方法
2.水平掃描頻率(行頻)
電子在屏幕上從左至右的運動叫做水平掃描,也叫行掃描。每秒鐘掃描次數叫做水平掃描頻率,視頻投影機的水平掃描頻率是固定的,為15.625KHz(PAL制)或15.725KHz(NTSC制)數據和圖形投影機的掃描頻率不是不個頻率頻段;在這個頻段內,投影機可自動跟蹤輸入信號行頻,由鎖相電路實現與輸入信號行頻的完全同步。水平掃描頻率是區分投影機檔次的重要指標。頻率範圍在15kHz-60kHz的投影機通常叫做數據投影機,如SHARP XG-3700E、XG-3900E、XG-NV2/20;SONY V500Q。上限頻率超過60kHz的通常叫做圖形投影機,如SHARP XG-SV1A、XG-XV10A;SONY VPL-D50QM、VPL-G70QM、VPL-1292QM;Panasonic PT-L395E、PT-1083E/U。
3.垂直掃描頻率(場頻)
電子束在水平掃描的同時,又從上向下運動,這一過程叫垂直掃描。每掃描一次形成一幅圖像,每秒鐘掃描的次數叫做垂直掃描頻率,垂直掃描頻率也叫刷新頻率,它表示這幅圖像每秒鐘刷新的次數。垂直掃描頻率一般不低於50Hz,否則圖像會有閃爍感。
4.視頻帶寬
投影機的視頻通道總的頻帶寬度,其定義是在視頻信號振幅下降至0.707倍時,對應的信號上限頻率。0.707倍對應的增量是-3db,因此又叫做-3db帶寬。
5.分辨率
在投影機指標中,分辨率是較易混淆的一個概念,投影機技術指標上常給出的分辨率有:可尋址分辨率、RGB分辨率、視頻分辨率三種。
對CRT投影機來說,可尋址分辨率是指投影管可分辨的最高像素,它主要由投影管的聚焦性能所決定,是投影管質量指標的一個重要參數。可尋址分辨率應高於RGB分辨率。
RGB分辨率是指投影機在接RGB分辨率視頻信號時可過到的最高像素,如分辨率為1024×768,表示水平分辨率為1024,垂直分辨率為768,RGB分辨率與水平掃描頻率,垂直掃描頻率及視頻帶寬均有關.
視頻分辨率是指投影機在顯示複合視頻時的最高分辨率。這裏,有必要將視頻帶、水平掃描頻率、垂直掃描頻率與RGB分辨率的關系作一分析:首先看看水平掃描頻率與垂直掃描頻率、的關系。
水平掃描頻率=A×垂直掃描頻率×垂直分辨率
式中A為常數,約為1.2,垂直掃描頻率一般不應低於50Hz,為了保證良好的視覺效果,希望垂直掃描頻率高一些好。為了提高圖像質量,也要提高垂直分辨率。這些都要求相應地提高水平掃描頻率。可見,水平掃描頻率是投影機的一個重要技術指標。例如:當掃描頻率為70Hz,垂直分辨率為768時,行頻為64.5。
其次再來看視頻帶寬與水平掃描頻率、水平分辨率的關系。
視頻帶寬=R×水平掃描頻率×水平分辨率/2
式中R為約為1.4,其中水平分辨率應比垂直分辨率高,這是由於圖像水平與垂直幅度之比是4:3,例如垂直分辨率為768時,水平分辨率一般是1024,此時信號帶寬是46MHz。
綜合上述兩個公式可以得出:
視頻帶寬=C×水平分辨率×垂直分辨率×水平掃描頻率/2
式中C=A×R。由該公式可以知道要提高圖像分辨率,就要提高視頻帶寬。因而視頻帶寬也是投影機的一個重要打。因此,在區分投影機質量優劣時,應注重行頻和帶寬,在看RGB分辨率時,還應注意它的垂直掃描頻率,在行頻一定時,垂直掃描頻率不同時,最高RGB分辨率也不同。例如一臺投影機的最高行頻為75kHz,當垂直掃描頻率為60Hz時,允許最高RGB分辨率是1280×1024。而如果將垂直掃描頻率提高至70Hz時,就達不到1280×1024。
6.CRT管的聚焦性能
我們知道,圖形的最小單元是像素。像素越小,圖形分辨率越高。在CRT管中,最小像素是由聚焦性能決定的,所謂可尋址分辨率,即是指最小像素的數目。
CRT管的聚焦機制有靜電聚焦、磁聚焦和電磁複合聚焦三種,其中以電磁複合聚焦較為先進,其優點是聚焦性能好,尤其是高亮度條件下會散焦,且聚焦精度高,可以進行分區域聚焦,邊緣聚焦,四角聚焦,從而可以做到畫面上每一點都很清晰。
7.會聚
會聚是指RGB三種顏色在屏幕上和重合,對CRT投影機來說,會聚控制性顯得格外重要,因為它有RGB三種CRT管,平行安裝地支架上,要想做到圖像完全會聚,必須對圖像各種失真均能校正。機器位置的變化,會聚也要重新調整,因此對會聚的要求,一是全功能,二是方便快捷。會聚有靜態會聚和動態會聚,其中動態會聚有傾斜,弓形,幅度,線性,梯形,枕形等功能,每一種功能均可在水平和垂直兩個方向上進行調整。除此之外,還可進行非線性平衡,梯形平衡,枕形平衡的調整。有些投影機具有點會聚功能,它將全屏幕分為208個點,在208個點上逐點進行調整,所以屏幕上每一點都做到精確會聚。
三、大屏幕拼接系統
一般用戶在同時觀看的信源較少時,適合選擇單機使用。但在較為複雜的監控中,如大型郵電通信系統、道路交通管理、能源分配輸送、過程控制、110報警等領域,需全景瀏覽,統一指揮,就必須選擇大屏幕拼接系統。大屏幕拼接系統不再受單機分辨率和亮度的影響,例如一個2×2四個側機的拼接系統,單機分辨率為800×600,亮度為500lm,則拼接後的系統分辨率為1600×1200,亮度為2000lm。拼接系統主要由三部分組成:大屏幕投影牆、投影機陣列、控制系統。其中控制系統是核心,目前世界上流行的拼接控制系統主要有三種類型:硬件拼接系統、軟件拼接系統、軟件與硬件相結合的拼接系統。
硬件拼接系統是較早使用的一種拼接方法,代表性的產品有美國RGB公司的ComputerWall.可實現的功能有分割、分屏顯示、開窗口:即在四屏組成的底圖上,用任意一屏顯示一個獨立的畫面。由於采用硬件拼接,圖像處理完全是實時動態顯示,安裝操作簡單;缺點是拼接規模小,只能四屏拼接,擴展很不方便,不適應多屏拼接的需要;所開窗口固定為一個屏幕大小,不可放大、縮小或移動。
軟件拼接系統是用軟件來分割圖像,如加拿大的M3i多屏拼接系統。采用軟件方法拼接圖像,可十分靈活的對圖像進行特技控制,如在任意位置開窗口;任意放大、縮小;利用鼠標即可對所開的窗口任意拖動,在控制臺上控制屏幕牆,如同控制自己的顯示器一樣方便。主要缺點是它只能在Unix系統上運行,無法與WIN95上開發的軟件兼容;PC機生產的圖形也無法與其接口;在構成一個幾十臺投影機組成的大系統時,其相應的硬件部分顯得繁雜。
軟件與硬件相結合的拼接系統,可綜合以上兩種方法的優點,克服其缺點。如比利時Barco公司的X-WALL,法國Synelec的XPRISM系統。這種系統可以實用顯示多個RGB模擬信號及XWindow的動態圖形,是為多通道現場即時顯示專門設計的。通過硬件和軟件以及控制/輿接口,來實現不同窗口的動態顯示。它透明度高:圖像疊加透明顯示,共有256級透明度,令動態圖像和背景活靈活現。並聯擴展性極好:系統采用並聯框結構,最多可控制上千個投影機同時工作。
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