投影仪(机)最新技术发展

zyp · 发表于 2008-12-14 23:48:04

投影仪(机)最新技术发展
【编者按】
　　　　数字光学处理（DLP™）是投影和显示信息的一个革命性的新方法。基于Texas仪器公司开发的数字微反射镜器件（DMD™），DLP完成了显示数字可视信息的最终环节。

数字光学处理（DLP™）是投影和显示信息的一个革命性的新方法。基于Texas仪器公司开发的数字微反射镜器件（DMD™），DLP完成了显示数字可视信息的最终环节。数字光学处理（DLP™）技术在消费者、商业和投影显示工业的专业领域方面被作为子系统或“发动机”提供给市场主管。正如CD在音频领域的革命一样，DLP将在视频投影方面带来革命。

DLP有三个超过现有投影技术的关键优势。DLP固有的数字性质能使噪声消失，获得具有数字灰度等级的精细的图像质量以及颜色再现。它的数字性质也把DLP置于数字视频底层结构的最后环节。DLP比与此竞争的透射式液晶显示（LCD）技术更有效，因为它以反射式DMD为基础，不需要偏振光。最后，封闭间隔的微反射镜使视频图像投影成具有更高可见分辨率的无缝隙图像。对于影视投影显示、计算机幻灯展示或全球范围内多人通过交互技术进行合作方面，DLP是现在和未来在数字可视通信方面的唯一选择。

　　随着信息时代的到来,计算机多媒体技术的迅猛发展,网络技术的普遍应用,大到指挥监控中心,网管中心的建立,小到临时会议、技术讲座的进行，都渴望获得大画面、多彩色、高亮度、高分辨率的显示效果，而传统的CRT显示器很难满足人们这方面的要求。近些年来迅速发展焉的大屏幕投影机技术成为解决彩色大画面显示的有效途径，应用范围进一步拓展，市场也因需求的增长日渐活跃。我们现就如何选择投影机做一下介绍。

　　一、投影机的原理及分类

　　到目前为止，投影机主要通过三种显示技术实现，即CRT投影技术、LCD投影技术以及近些年发展起来的DLP投影技术。

　　CRT是英文Cathode Ray Tube的缩写，译作阴极射线管。作为成像器件，它是实现最早、应用最为广泛的一种显示技术。这种投影机可把输入信号源分解成R（红）、G（绿）B（蓝）三个CRT管的荧光屏上，荧光粉在高压作用下发光系统放大、会聚、在大屏幕上显示出彩色图像。光学系统与RT管组成投影管，通常所说的三枪投影机就是由三个投影管组成的投影机，由于使用内光源，也叫主动式投影方式。CRT技术成熟，显示的图像色彩丰富，还原性好，具有丰富的几何失真调整能力；但其重要技术指标图像分辨率与亮度相互制约，直接影响CRT投影机的亮度值，到目前为止，其亮度值妈终徘徊在300lm以下。另外CRT投影机操作复杂，特别是会聚调整繁琐，机身体积大，只适合安装于环境光较弱、相对固定的场所，不宜搬动。

　　LCD是 Liquid Cristal Device 的英文缩写。LCD投影机分为液晶板和液晶光阀两种。液晶是介于液体和固体之间的物质，本身不发光，工作性质受温度影响很大，其工作温度为-55oC~+77oC。投影机利用液晶的光电效应，即液晶分子的排列在电场作用下发生变化，影响其液晶单元的透光率或反射率，从机时影响它的光学性质，产生具有不同灰度层次及颜色的图像。下面分别说明两种LCD投影机的原理。

　　液晶光阀投影机

　　它采用CRT管和液晶光阀作为成像器件，是CRT投影机与液晶与光阀相结合的产物。为了解决图像分辨率与亮度间的矛盾，它采用外光源，也叫被动式投影方式。一般的光阀主要由三部分组成：光电转换器、镜子、光调制器，它是一种可控开关。通过CRT输出的光信号照射到光电转换器上，将光信号转换为持续变化的电信号；外光源产生一束强光，投射到光光阀上，由内部的镜子反射，能过光调制器，改变其光学特性，紧随光阀的偏振滤光片，将滤去其它方向的光，而只允许与其光学缝隙方向一致的光通过，这个光与CRT信号相复合，投射到屏幕上。它是目前为止亮度、分辨率最高的投影机，亮度可达6000lm，分辨率为2500×2000，适用于环境光较强，观众较多的场合，如超大规模的指挥中心、会议中心及大型娱乐场所，但其价格高，体积大，光阀不易维修。主要品牌有：休斯-JVC、Ampro等。

　　液晶板投影机

　　它的成像器件是液晶板，也是一种被动式的投影方式。利用外光源金属卤素灯或UHP（冷光源），若是三块LCD板设计的则把强光通过分光镜形成RGB三束光，分别透射过RGB三色液晶板；信号源经过模数转换，调制加到液晶板上，控制液晶单元的开启、闭合，从而控制光路的通过断，再经镜子合光，由光学镜头放大，显示在大屏幕上。目前市场上常见的液晶投影机比较流行单片设计（LCD单板，光线不用分离），这种投影机体积小，重量轻，操作、携带极其方便，价格也比较低廉。但其光源寿命短，色彩不很均匀，分辨率较低，最高分辨率为1024×768，多用于临时演示或小型会议。这种投影机虽然也实现了数字化调制信号，但液晶本身的物理特性，决定了它的响应速度慢，随着时间的推移，性能有所下降。

　　DLP是英文Digital Light Porsessor 的缩写，译作数字光处理器。这一新的投影技术的诞生，使我们在拥有捕捉、接收、存储数字信息的能力后，终于实现了数字信息显示。DLP技术是显示领域划时代的革命，正如CD在音频领域产生的巨大影响一样，DLP将为视频投影显示翻开新的一页。它以DMD（Digital Micormirror Device)数字微反射器作为光阀成像器件

　　DLP投影机的技术关键点如下：首先是数字优势。数字技术的采用，使图像灰度等级达256-1024级，色彩达2563-10243种，图像噪声消失，画面质量稳定，精确的数字图像可不断再现，而且历久弥新。其次是反射优势。反射式DMD器件的应用，使成像器件的总光效率达60%以上，对比度和亮度的均匀性都非常出色。在DMD块上，每一个像素的面积为16μm×16，间隔为1μm。根据所用DMD的片数，DLP投影机可分为：单片机、两片机、三片机。DLP投影机清晰度高、画面均匀，色彩锐利，三片机亮度可达1000lm以上，它抛弃了传统意义上的会聚，可随意变焦，调整十分便利；只是分辨率不高，不经压缩分辨率为800×600（有些机型的最新产品的分辨率已经达到1280×1024）。但由于是新技术，维修的难度及费用并不低。

　　二、投影机的主要技术指标

　　投影机的性能指标是区别投影机档次高低的标志。投影机的性能指标有很多，这里只谈谈几个主要指标。

　　1.光输出（Light Out)

　　是指投影机输出的光能量，单位为[流明]（lm）。与光输出有关的一个物理量是亮度，是指屏幕表面受到光照射发出的光能量与屏幕面积之比，亮度常用的单位是[勒克斯]（lx，1lx=1lm/m2）。当投影机输出的光通过一定时，投射面积越大亮度越低，反之则亮度越高。决定投影机光输出的因素有投影及荧光屏面积、性能及镜头性能、通常荧光屏面积大，光输出大。带有液体耦合镜头的投影机镜头性能好，投影机光输出也可相应提高。例如：SHARP XV-7000S、XG-SV1A等。

　　附：光输出计算方法

　　2.水平扫描频率（行频）

　　电子在屏幕上从左至右的运动叫做水平扫描，也叫行扫描。每秒钟扫描次数叫做水平扫描频率，视频投影机的水平扫描频率是固定的，为15.625KHz(PAL制)或15.725KHz(NTSC制)数据和图形投影机的扫描频率不是不个频率频段；在这个频段内，投影机可自动跟踪输入信号行频，由锁相电路实现与输入信号行频的完全同步。水平扫描频率是区分投影机档次的重要指标。频率范围在15kHz-60kHz的投影机通常叫做数据投影机，如SHARP XG-3700E、XG-3900E、XG-NV2/20；SONY V500Q。上限频率超过60kHz的通常叫做图形投影机，如SHARP XG-SV1A、XG-XV10A；SONY VPL-D50QM、VPL-G70QM、VPL-1292QM；Panasonic PT-L395E、PT-1083E/U。

3.垂直扫描频率（场频）

　　电子束在水平扫描的同时，又从上向下运动，这一过程叫垂直扫描。每扫描一次形成一幅图像，每秒钟扫描的次数叫做垂直扫描频率，垂直扫描频率也叫刷新频率，它表示这幅图像每秒钟刷新的次数。垂直扫描频率一般不低于50Hz，否则图像会有闪烁感。

　　4.视频带宽

　　投影机的视频通道总的频带宽度，其定义是在视频信号振幅下降至0.707倍时，对应的信号上限频率。0.707倍对应的增量是-3db，因此又叫做-3db带宽。

　　5.分辨率

　　在投影机指标中，分辨率是较易混淆的一个概念，投影机技术指标上常给出的分辨率有：可寻址分辨率、RGB分辨率、视频分辨率三种。
对CRT投影机来说，可寻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决定，是投影管质量指标的一个重要参数。可寻址分辨率应高于RGB分辨率。

　　RGB分辨率是指投影机在接RGB分辨率视频信号时可过到的最高像素,如分辨率为1024×768,表示水平分辨率为1024,垂直分辨率为768,RGB分辨率与水平扫描频率,垂直扫描频率及视频带宽均有关.

　　视频分辨率是指投影机在显示复合视频时的最高分辨率。这里，有必要将视频带、水平扫描频率、垂直扫描频率与RGB分辨率的关系作一分析：首先看看水平扫描频率与垂直扫描频率、的关系。

　　水平扫描频率=A×垂直扫描频率×垂直分辨率

　　式中A为常数，约为1.2,垂直扫描频率一般不应低于50Hz，为了保证良好的视觉效果，希望垂直扫描频率高一些好。为了提高图像质量，也要提高垂直分辨率。这些都要求相应地提高水平扫描频率。可见，水平扫描频率是投影机的一个重要技术指标。例如：当扫描频率为70Hz，垂直分辨率为768时，行频为64.5。

　　其次再来看视频带宽与水平扫描频率、水平分辨率的关系。

　　视频带宽=R×水平扫描频率×水平分辨率/2

　　式中R为约为1.4,其中水平分辨率应比垂直分辨率高,这是由于图像水平与垂直幅度之比是4:3,例如垂直分辨率为768时,水平分辨率一般是1024,此时信号带宽是46MHz。

　　综合上述两个公式可以得出：

　　视频带宽=C×水平分辨率×垂直分辨率×水平扫描频率/2

　　式中C=A×R。由该公式可以知道要提高图像分辨率，就要提高视频带宽。因而视频带宽也是投影机的一个重要打。因此，在区分投影机质量优劣时，应注重行频和带宽，在看RGB分辨率时，还应注意它的垂直扫描频率，在行频一定时，垂直扫描频率不同时，最高RGB分辨率也不同。例如一台投影机的最高行频为75kHz，当垂直扫描频率为60Hz时，允许最高RGB分辨率是1280×1024。而如果将垂直扫描频率提高至70Hz时，就达不到1280×1024。

　　6.CRT管的聚焦性能

　　我们知道，图形的最小单元是像素。像素越小，图形分辨率越高。在CRT管中，最小像素是由聚焦性能决定的，所谓可寻址分辨率，即是指最小像素的数目。

　　CRT管的聚焦机制有静电聚焦、磁聚焦和电磁复合聚焦三种，其中以电磁复合聚焦较为先进，其优点是聚焦性能好，尤其是高亮度条件下会散焦，且聚焦精度高，可以进行分区域聚焦，边缘聚焦，四角聚焦，从而可以做到画面上每一点都很清晰。

　　7.会聚

　　会聚是指RGB三种颜色在屏幕上和重合,对CRT投影机来说,会聚控制性显得格外重要,因为它有RGB三种CRT管,平行安装地支架上,要想做到图像完全会聚,必须对图像各种失真均能校正。机器位置的变化，会聚也要重新调整，因此对会聚的要求，一是全功能，二是方便快捷。会聚有静态会聚和动态会聚，其中动态会聚有倾斜，弓形，幅度，线性，梯形，枕形等功能，每一种功能均可在水平和垂直两个方向上进行调整。除此之外，还可进行非线性平衡，梯形平衡，枕形平衡的调整。有些投影机具有点会聚功能，它将全屏幕分为208个点，在208个点上逐点进行调整，所以屏幕上每一点都做到精确会聚。

　　三、大屏幕拼接系统

　　一般用户在同时观看的信源较少时，适合选择单机使用。但在较为复杂的监控中，如大型邮电通信系统、道路交通管理、能源分配输送、过程控制、110报警等领域，需全景浏览，统一指挥，就必须选择大屏幕拼接系统。大屏幕拼接系统不再受单机分辨率和亮度的影响，例如一个2×2四个侧机的拼接系统，单机分辨率为800×600，亮度为500lm，则拼接后的系统分辨率为1600×1200，亮度为2000lm。拼接系统主要由三部分组成：大屏幕投影墙、投影机阵列、控制系统。其中控制系统是核心，目前世界上流行的拼接控制系统主要有三种类型：硬件拼接系统、软件拼接系统、软件与硬件相结合的拼接系统。

　　硬件拼接系统是较早使用的一种拼接方法，代表性的产品有美国RGB公司的ComputerWall.可实现的功能有分割、分屏显示、开窗口：即在四屏组成的底图上，用任意一屏显示一个独立的画面。由于采用硬件拼接，图像处理完全是实时动态显示，安装操作简单；缺点是拼接规模小，只能四屏拼接，扩展很不方便，不适应多屏拼接的需要；所开窗口固定为一个屏幕大小，不可放大、缩小或移动。

　　软件拼接系统是用软件来分割图像，如加拿大的M3i多屏拼接系统。采用软件方法拼接图像，可十分灵活的对图像进行特技控制，如在任意位置开窗口；任意放大、缩小；利用鼠标即可对所开的窗口任意拖动，在控制台上控制屏幕墙，如同控制自己的显示器一样方便。主要缺点是它只能在Unix系统上运行，无法与WIN95上开发的软件兼容；PC机生产的图形也无法与其接口；在构成一个几十台投影机组成的大系统时，其相应的硬件部分显得繁杂。

　　软件与硬件相结合的拼接系统,可综合以上两种方法的优点,克服其缺点。如比利时Barco公司的X-WALL，法国Synelec的XPRISM系统。这种系统可以实用显示多个RGB模拟信号及XWindow的动态图形，是为多通道现场即时显示专门设计的。通过硬件和软件以及控制/舆接口，来实现不同窗口的动态显示。它透明度高：图像叠加透明显示，共有256级透明度，令动态图像和背景活灵活现。并联扩展性极好：系统采用并联框结构，最多可控制上千个投影机同时工作。

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