浅析背投影拼接大屏幕显示系统的组建

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  摘要:大屏幕显示是当今显示技术发展的一个重要研究方向,而投影显示从实现技术和价格方面来看都是目前实现大屏幕显示系统的唯一有效途径。其中背投显示技术更是以其独特的优势成为目前大屏幕投影显示技术中的研究热点。
  关键词:背投影 拼接融合处理 投影反射 屏幕显示系统应用
  中图分类号:TS951.7+6 文献标识码:A 文章编号:
  随着高度智能化,数字化产品的飞速发展,大屏幕投影显示系统已成为众多部门气象会商、监控、指挥、展示等系统中不可缺少的重要组成部分。
  
  大屏幕显示系统不仅能帮助管理人员高效的组织及处理各种信息,更能在应急情况下迅速的综合单位内部各种资源并予以快速有效反应。在一个现代化、智能化的大屏数字化高清显示中心,操作人员面对着纷繁复杂的各种信息源,有大量的信息要输入、接收、显示、分析与存储。此时,大屏幕显示墙就成为各种信息汇总,并以直观形象的方式展现在操作员面前的唯一手段,成为了所有运行操作的焦点。在大屏幕显示墙上,所有的各种不同系统的应用软件、分布于不同地点的视频监控信号,在大屏幕管理系统的管理与控制之下,以实时可视、灵活多样的方式展示在大屏幕显示墙上,使得所有的重要信息均能为调度中心的人员共享,为所有人员创造出了一个高效沟通的环境,更使得操作人员能高效的指挥各种信息源,缩短反应时间。
  大屏幕系统的安装和设置应美观大方,与系统周围环境、装修和设备布置协调;满足在监控坐席内没有视角盲区并且显示效果良好。同时整套系统具有可靠性、先进性、易维护性、实用性、灵活性和可扩展性。
  大屏幕系统整体效果要体现美观、持重、风格鲜明的特点,能突出指挥中心的地位与作用。
  显示画面清晰稳定,能很好地呈现以静态画面为主的计算机图像。可用于网络、RGB、视频等信息的输出显示。
  可靠性,显示屏幕亮度高且均匀、会聚误差低、显示清晰、色彩还原真实、图像失真小、稳定性高、使用寿命长,满足调度中心7X24小时运行管理及监测的需要。
  先进性,即大屏幕显示系统要具备目前业内最先进的DLP投影技术和网络化、分布式处理技术,保证信息显示的快速、清晰、逼真、明亮。
  易维护性,即大屏幕显示系统的硬件设备采用模块化、网络化设计,对于重要部件如显示单元、图形拼接控制器等要方便维护和日常清洁;
  实用性,即大屏幕显示系统应能满足各种视频信号、DVI、计算机显示信号等信号的显示、切换、和控制;
  系统的扩展性,符合国内和国际有关标准,采用模块化结构,确保系统的可扩展性和兼容性,扩容方便。不管用户的相关软件及网络硬件有何改变,大屏幕显示系统均可正常使用,主要输入输出的设备要有一定的预留。
  系统的多样性,系统支持网络输入、DVI输入、视频输入等多种图像信号输入功能,并能在大屏幕上同时显示这些图像。
  系统的开放性,支持TCP/IP协议,支持Windows NT/2000/XP、UNIX、LINUX等主流操作系统的显示。
  系统的灵活性,能显示多种信息信号,在整个大屏设计时充分考虑操作的灵活性,使得信息可以根据需要灵活切换、灵活地以任意大小在任意位置显示,既可以根据预先设定的规则自动设置,也可以在某些情況下手动操作显示特定的信息;功能丰富、操作灵活简便、运行稳定。
  
   背投影单元:物理上,整套组合大屏幕由3台BARCO RLM W8 DLP投影机融合组成,整个屏幕亮度为1748ANSI流明每平方米,完全满足室内各种环境亮度并且整屏做到无缝显示大画面。
  DLP是“Digital Light Procession”的缩写,即为数字光处理,也就是说这种技术要先把影像信号经过数字处理,然后再把光投影出来。它是基于TI(美国德州仪器)公司开发的数字微镜元件——DMD(Digital Micromirror Device)来完成可视数字信息显示的技术。说得具体点,就是DLP投影技术应用了数字微镜晶片(DMD)来作为主要关键处理元件以实现数字光学处理过程。
  经过几年的发展,目前DLP技术的应用领域在逐步扩张,其应用领域涉及数字电影、大屏幕拼接显示、前投式投影机一直到背投电视等大屏幕显示的方方面面。 DLP技术的优点有:DLP技术以反射式DMD为基础,是一种纯数字的显示方式,图像中的每一个像素点都是由数字式控制的3原色生成,每种颜色有8位到10位的灰度等级,DLP技术的这种数字特性可以获得精确数字灰度等级以及颜色再现。与透射式液晶显示LCD技术相比,投射出来的画面更加细腻;不需要偏振光,在光效率的应用上较高;此外,DLP技术投影产品投射影像的像素间距很小,形成几乎可以无缝的画面图像。正是基于以上原因,DLP投影机产品一般对比度都比较高,黑白图像清晰锐利,暗部层次丰富,细节表现丰富;在表现计算机信号黑白文本时画面精确、色彩纯正,边缘轮廓清晰。
  光源通过色轮后折射在DMD芯片上,DMD芯片在接受到控制板的控制信号后将光线发射到投影屏幕上。DMD芯片外观看起来只是一小片镜子,被封装在金属与玻璃组成的密闭空间内,事实上,这面镜子是由数十万乃至上百万个微镜所组成的。以XGA解析度的DMD芯片为例,在宽1cm,长1.4cm的面积里有1024×768=786432个微镜单元,每一个微镜代表一个像素,图像就由这些像素所构成。由于像素与芯片本身都相当微小,因此业界也称这些采用微型显示装置的产品为微显示器。
  
  DMD芯片的一百多万个微镜装置虽然高速转动,但不会影响微镜的可靠性,而且通过低温到高温转换的各种环境质量测试,目前没有出现过由于机械运动而使微镜损坏、破碎等现象。如图:基于每个微镜下面连接的金属铰链,使用了一种工艺技术相当复杂的特殊材料做成,具有很高的可靠性。微镜运行时虽然高速转动,但它们的动作范围非常小,制作材料的老化年限和使用寿命很长,基本上不会影响到铰链的寿命。
  
  根据DLP投影机中包含的DMD数字微镜的片数,人们又将投影机分为单片DLP投影机和三片DLP投影机。
  三片DLP系统
  技术结构相对于单片DLP而言,并不是利用分色轮产生彩色图像,而是利用三个DMD芯片分别工作。在三片结构中,视频和图形数据是通过一系列信号处理芯片来进行数字化处理,来实现比例缩放、去隔行、图像增强和噪声抑制功能。完成这些处理后,红、绿、蓝的数据被分别送到DMD芯片。三片结构利用聚焦光学器件和一系列的内部反射棱镜以及彩色分光棱镜的组合结构,来引导光源发出的白光,并通过滤光产生红、绿、蓝三原色光线投射到DMD芯片上。DMD芯片把光线反射回彩色分光冷静,通过反射棱镜,然后进入投影机的镜头在屏幕上重现图像。
  由于三片DMD芯片分别反射三原色中的一种颜色,所以已经不需要再使用色轮来滤光了;来自每一原色的光可直接连续地投射到它自己的DMD上。结果是更多的光线到达屏幕,给出一个更亮的投影图像,除了已增加的亮度,可使用更高字节的颜色。因为光线在整个电视场直接投到每个DMD上,使每种颜色10比特灰度等级成为可能。
  
  使用三片DMD芯片制造的投影机亮度最高可达到30000ANSI流明,它抛弃了传统意义上的会聚,可随意变焦,调整十分便利;它常常用于对亮度和颜色要求非常高的特殊场合下。
  
   拼接融合处理器采用淳中的拼接融合处理器,拼接融合处理技术就是将一组投影机投射出的画面进行边缘重叠,并通过融合技术显示出一个没有缝隙,更加明亮、超大、高分辨率的整幅画面,画面的效果就好像是一台投影机投射的画质。当两台或多台投影机组合投射一幅两面时,会有一部分影像灯光重叠,边缘融合的最主要功能就是把两台投影机重叠部分的灯光进行渐变调整,使重叠区的亮度对比度与周边图像一致,从而使整副画面完整统一,丝毫看不出是多台投影机拼接的结果。
  图像拼接融合处理器控制器计算融合显示平台单通道分辨率及融合区大小,输出产生3通道平台画面, 3通道画面具有overlap 边带生成功能,可自动调节生成公共像素,以供通道之间的拼接融合处理。图像校正引擎对2通道投影图像进行几何校正、自动色彩校正、无痕边缘融合等综合处理,构建无缝统一、色彩均匀、高分辨率的整体画面,完美实现大屏幕显示的应用。通过处理器本身多个采集接口,可将任意计算机信号、视频信号、DVD信号等综合显示在大屏幕平台上,显示窗口可以任意布局显示,放大和缩小,编辑PPT文档,制作幻灯片等无任何变形失真。
  
   效果图
  
  
  
  
  
  
  
   背投反射系统,在安装背投系统中,经常会遇到背投空间有限的 问题(或为节省空间)。使用专用的反射系统(即用反射镜把投影光束折返一次或二次)在有限的空间里面打满屏幕并保证画面的质量。
  高反镜和普通镜的对比图
  
   SNOWHITE正面镀膜反光镜:它与普通镜子不同,具有无重影、界面光损小、抗氧化、抗腐蚀、有介质膜保护和在可见光谱区(380~700nm)具有高反射率的优点。正面镀膜镜反射率达到90-95%乃至更高,充分利用光能,视觉效果更好。
  
   反射系统由正面真空镀膜反射镜,反射镜支架及投影机支架组成。投影反射支架选用进口优质钢材焊接加工而成,表面采用静电喷涂工艺:具有抗腐、防锈、款式新颖、支架带有精确调整的刻度盘,安装和调试简易、操作方便、外形美观大方等特点。
   注意事项:保持反射镜使用环境整洁,注意防尘防潮。禁止用手触摸镜面,安装时要戴口罩和细纱柔软的手套。
   维护保养(去尘处理):用软毛掸掸去灰尘即可,不可用水或其他液体溶剂擦拭镜面。
  
   屏幕显示系统的工作原理是将来源于点光源的影像光线以任何角度入射至微型凸透镜后,将玻璃珠作为焦点聚焦成像;不再需要菲涅尔和菱形/梯形透镜,用聚焦功能优化“可改变投射光的菲涅尔”和“集光和扩散光的菱形或梯形透镜”所起到的光学作用。相当于用无数个微型的放大镜取代一个大的菲涅尔透镜,而这“无数个微型的放大镜”对射入光线的焦距是没有要求,它的焦距是到成像点之间的焦距,而这个焦距实际上是凸透镜到成像层之间的距离,所以它可以适用各种短焦以及超短焦投影机。
  
  
  
  
  
  
  超宽视角:可视角度是工程项目的主要考虑因素,使用场所的要求半增益可视角度达50度以上。所以屏幕应该能够有效地扩散影像光线,满足多屏拼接或边缘融合的市场需求。Accuon所采用新的光学布局结构,和传统的Lenticular Lens Screen一样继续作用于水平视角的增加,做到半增益视角在63度以上,可视角度在180度。在应用于边缘融合时消除了突兀的光带,真正做到了宛如一台投影机所显示的那样一致;不同于LCD或PDP那样的的发光形式,投影机是一种点光源的成像方式,点光源需要消除或無限分散,这是漫射屏幕无法做到的,而菲涅尔透镜和凸透镜技术类型的光学屏幕才能消除由于点光源引起的亮度不均匀以及阶梯效应,而菲涅尔透镜技术的屏幕受制于显示比例和显示面积,所以新型的Accuon屏幕可以用于各种尺寸的边缘融合显示。
  高清显示:高清显示主要功能是显示高清影像和其他高分辨率资讯,因此屏幕必须忠实表现预期的画质。Accuon新型微型凸透镜的直径为15μm直径,镜片间距(Lens Pitch)为5μm,真正支援高解析度(HD)影像,在一英寸的距离上制成了190个微型凸透镜,无论高光层次,还是低光细节,都可以展现无遗,即使那样背景为明暗场景切换的序列来说,也能无比清晰的真实再现每个细节。漫射屏幕图像的粗糙,成像的平板无景深,和Accuon的屏幕形成了鲜明的对比,对比度、灰度与影像解析度革命性的提高,图像更加晶莹剔透,锐度突出。
  多通道背投影显示拼接融合系统就是采用多个投影显示单元组合而成的多通道显示系统,它比普通的标准投影显示单元具备更大的显示尺寸、更宽的视野、更多的显示内容、更高的显示分辨率以及更具冲击力和临场感的视觉效果,从而能广发应用到各个行业。
  
  参考文献
  ◇中国国家强制性产品认证(3C认证) 多屏幕物理缝隙墙
  ◇GB17625.1-- 2003 《低压电气及电子设备发出的谐波电流限值
  ◇GB/T15859-1995 视听、视频系统中设备互连的优选配接值
  ◇GB/9313--95 数字电子计算机用显示设备通用技术条件
  ◇GB/T6882—1986声学噪声源声功率级的测定消声室和半消声室 精密法
  ◇《民用建筑电气设计规范》(JGJ/T16-92)
  ◇《电气装置安装工程施工及验收规范》(GBJ/232-92)
  ◇GB/T9813--2000 微型计算机通用规范
  ◇GB/T9313--1995 数字电子计算机用阴极射线管显示设备通用技术条
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