投影技术

投影技术相关知识
分辨率标准
投影技术参数中描
述图像显示性能的指标。

物理分辨率对应的是压缩
分辨率，决定图像清晰程
度的是物理分辨率，决定
投影机的适用范围的是压缩分辨率。

通常用物理分辨率来评价液晶投影机的档次。

目前市场上应用最多的为SVGA （分辨率800×600）和XGA （1024×768）。

宽荧幕的家庭影院投影机，因为16:9的比例是HDTV 高清信号的标准格式。

目前，市场上的16:9投影机主要有三种分辨率：854x480、1024x576和1280x720。

在实行全新的扫描显示标准中，它们分别被称为480p,576p,和720p 。

几种投影技术的比较
投影机自问世以来发展至今已形成三大
系列： LCD( Liquid Crystal Display)
液晶投影机、DLP(Digital Lighting
Process)数字光处理器投影机。

LCD 投影机的技术是透射式投
影技术，目前最为成熟。

投影画面色彩
还原真实鲜艳，色彩饱和度高，光利用
效率很高，LCD 投影机比用相同瓦数光
源灯的DLP 投影机有更高的ANSI 流明光
输出，目前市场高流明的投影机主要以
LCD 投影机为主。

它的缺点是黑色层次
表现不是很好，对比度一般都在500：1左右徘徊，投影画面的像素结构可以明显看到。

DLP 投影机的技术是反射式投影技术，是现在高速发展的投影技术。

它的采用，使投影图像灰度等级、图像信号噪声比大幅度提高，画面质量细腻稳定，尤其在播放动态视频有图像流畅，没有像素结构感，形象自然，数字图像还原真实精确。

由于出于成本和机身体积的考虑，目前DLP 投影机多半采用单片DMD 芯片设计，所以在图像颜色的还原上比LCD 投影机稍逊一筹，色彩不够鲜艳生动。

D-ILA （LCOS ）投影机LCOS 是一种反射型的液晶显示面板，特点是开口率高。

配线部分和开关元件设在反射层的下面，因此不需要黑色矩阵部分，能够实现无缝连接的图像显示。

有单片式、3片式。

显示元件采用反射型液晶元件LCOS(liquid crystal on silicon)。

充分利用高分辨率元件的特性，实现了3-chip LCOS 方式的高性能投影机。

VGA 640X480
UVGA 1600X1200 SVGA 800X600 SVGA+ 1440X1050 XGA 1024X768 XVGA 1280X960
LCD投影机DLP投影机D-ILA（LCOS）投影机
优势
制程技术较完整
具备量产技术
光学引擎结构较简单
易于轻型化
光利用率高
高解析度
可利用半导体制程大量生产
从而幅降低面板生产成本
开口率提高、光源利用率、亮度高
高解析度
劣势光利用率低
开口率低
散热问题
制程复杂
良率低
仅TI提供晶片组
相对于DLP技术不利于轻型化
较高的光学元件成本
相对于DLP技术影像对比度较差
亮度
“light out”是投影机主要的技术指标,“light out”通常以光通量来表示，光通量是描述单位时间内光源辐射产生视觉响应强弱的能力，单位是流明。

投影机表示光通量的国际标准单位是ANSI流明，ANSI流明是美国国家标准化协会制定的测量投影机光通量的方法，测定环境如下：
1)投影机与幕之间距离：2.4米。

2)幕为60英寸。

3)用测光笔测量屏幕“田”字形九个交叉点上的各点照度，乘以面积，得到投影
画面的9个点的亮度
4)求出9个点亮度的平均值，就是ANSI流明。

亮度的比较：LCD投影机属于透射式投影方式，主要依靠提高光源效率、减少光学组件能量损耗、提高液晶面板开口率和加装微透镜等技术手段来提高亮度。

DLP技术属于反射式投影方式，其主要通过改进色轮技术、改变微镜倾角和减少光路损耗等手段提高亮度指标。

投影机亮度在测试和用户使用中，与投影机距离屏幕的远近和屏幕视角，以及幕的增益指标有很大关系。

不同亮度的产品的差异主要表现在图像的清晰度、色彩的明锐度、亮暗部灰度层次上，也就是说，亮度高的产品的图像更清晰、色彩的明锐度更高、亮部和暗部的灰度表现更完整。

对于普通的文本应用，亮度差异对图像的影响并不明显。

投影机亮度和幕的选择：亮度是投影机产品输出到屏幕上的光线强度，也是投影图像的明亮程度。

一般情况下，投影机的亮度越高，投射到屏幕上的相同尺寸的图像越明亮，图像也就越清晰。

然而人眼能够感知的图像的明亮程度并不仅仅取决于投影机的亮度，与环境光强度、图像的尺寸都有很大关系。

环境光越强，人眼感知的图像的亮度相对就越暗淡。

因此用户一定要根据自己投影机使用的环境条件选择合适的亮度，并不一定是越亮越好。

因为在其他指标相同的情况下，亮度越高，投影机的价格也会越高，同时人眼感知图像的亮度会有一定范围，超过这个范围，人眼会感觉到不舒服，尤其是长时间观看亮度过高的图像会使人眼产生疲劳，并造成一定伤害。

亮度与幕墙关系：一般来说，在40-50平方米的家居或会客厅，投影机亮度建议选择800-1200流明之间，幕布对应选择60寸到72寸；在60-100平方米的小型会议室或标准教室，投影机亮度建议选择1500-2000流明之间，幕布对应选择80寸到100寸；在120-200平方米的中型会议室和阶梯教室，投影机亮度建议选择2000-3000流明之间，幕布对应选择120寸到150寸；在300平方米的大型会议室或礼堂，投影机多半要选择3000流明以上的专业工程用机，幕布则都在200寸以上。

对比度
是画面黑与白的比值，也就是从黑到白的渐变层次。

比值越大，从黑到白的渐变层次就越多，从而色彩
表现越丰富。

在投影机行业有2种对比度测试方法，一种是全开/全关对比度测试方式，即测试投影机输出的全白屏幕与全黑屏幕亮度比值。

另一种是ANSI对比度，它采用ANSI标准测试方法测试对比度，ANSI对比度测试方法采用16点黑白相间色块，8个白色区域亮度平均值和8个黑色区域亮度平均值之间的比值即为ANSI对比度。

这两种测量方法得到的对比度值差异非常大，这也是不同厂商的产品在标称对比度上差异大的一个重要原因。

对比度对视觉效果的影响非常关键，一般来说对比度越大，图像越清晰醒目，色彩也越鲜明艳丽；而对比度小，则会让整个画面都灰蒙蒙的。

高对比度对于图像的清晰度、细节表现、灰度层次表现都有很大帮助。

在一些黑白反差较大的文本显示、CAD显示和黑白照片显示等方面，高对比度产品在黑白反差、清晰度、完整性等方面都具有优势。

相对而言，在色彩层次方面，高对比度对图像的影响并不明显。

对比度对于动态视频显示效果影响要更大一些，由于动态图像中明暗转换比较快，对比度越高，人的眼睛越容易分辨出这样的转换过程。

对比度高的产品在一些暗部场景中的细节表现、清晰度和高速运动物体表现上优势更加明显。

在对比度调节方面，各产品的处理方式也存在着很大的差异，有些产品的对比度调节范围非常小，而且调节过程中更多地偏向于改变图像亮度（增大高亮区域的亮度）。

而有些产品的对比度可调范围非常大，不同调节值对于图像的对比度效果差距也比较大，这样用户就可以根据不同的显示内容调节对比度，以达到最佳的显示效果。

也有一些产品对比度调节与亮度调节的差异不大，对比度调节可以辅助进行亮度调节。

对比度的实现同样与投影机的成像器件和光路设计密切相关，对于液晶投影机来说，首当其冲的因素就是液晶板的像素透光率与阻光率，这个差值越大，投影机的对比度也越大。

目前大多数LCD投影机产品的标称对比度都在400：1（ANSI）左右，而大多数DLP投影机的标称对比度都在1500:1（全白/全黑）以上。

对比度越高的投影机价格越高，如果仅仅用投影机演示文字和黑白图片则对比度在400：1左右的投影机就可以满足需要，如果用来演示色彩丰富的照片和播放视频动画则最好选择1000：1以上的高对度投影机。

接口
VGA输入：VGA接口采用非对称分布的15pin连接方式，其工作原理：是将显存内以数字格式存储的图像(帧)信号在RAMDAC里经过模拟调制成模拟高频信号，然后再输出到投影机成像，这样VGA信号在输入端(投影机内)，就不必像其它视频信号那样还要经过矩阵解码电路的换算。

从前面的视频成像原理可知VGA的视频传输过程是最短的，所以VGA接口拥有许多的优点，如无串扰无电路合成分离损耗等。

DVI输入：DVI接口主要用于与具有数字显示输出功能的计算机显卡相连接，显示计算机的RGB信号。

DVI数字端子比标准VGA端子信号要好，数字接口保证了全部内容采用数字格式传输，保证了主机到监视器的传输过程中数据的完整性（无干扰信号引入），可以得到更清晰的图像。

标准视频输入（RCA）：也称AV接口，通常都是成对的白色的音频接口和黄色的视频接口，它通常采用RCA(俗称莲花头)进行连接，使用时只需要将带莲花头的标准AV线缆与相应接口连接起来即可。

S视频输入：S-Video具体英文全称叫Separate Video，为了达到更好的视频效果，人们开始探求一种更快捷优秀清晰度更高的视频传输方式，这就是当前如日中天的S-Video(也称二分量视频接口)，它出现并发展于上世纪90年代后期通常采用标准的4芯(不含音效)或者扩展的7芯(含音效)。

考虑到目前的市场状况和综合成本等其它因素，它还是应用最普遍的视频接口。

视频色差输入：目前可以在一些专业级视频工作站/编辑卡专业级视频设备或高档影碟机等家电上看到有YUVYCbCrY/B-Y/B-Y等标记的接口标识,色差输出的接口方式是目前各种视频输出接口中最好的一种。

BNC端口输入：通常用于工作站和同轴电缆连接的连接器，标准专业视频设备输入、输出端口。

BNC电缆有5个连接头用于接收红、绿、蓝、水平同步和垂直同步信号。

BNC接头有别于普通15针D－SUB标准接头的特殊显示器接口。

主要用于连接工作站等对扫描频率要求很高的系统。

BNC接头可以隔绝视频输入信号，使信号相互间干扰减少，且信号频宽较大，可达到最佳信号响应效果。

音频输入接口：可将计算机、录像机等的音频信号输入进来，通过自带扬声器播放。

灯泡
作为投影机的唯一消耗材料，在使用一段时间后其亮度
会迅速下降到无法正常使用。

下图给出常见灯泡的参考使用时间。

UHP灯泡是一种理想的冷光源，但由于价格较高，一般
应用于高档投影机上。

UHP灯产生冷光，外形小巧，在相同
功耗下，能产生大光量，寿命较长，当衰竭时，即刻熄灭。

优点是使用寿命长，一般可以正常使用4000小时以上，亮度衰减很小。

UHE灯泡也是一种冷光源，UHE灯泡是目前中档投影机中广泛采用的理想光源。

优点是价格适中，在使用4000小时以前亮度几乎不衰减。

金属卤素灯泡发热高，对投影机散热系统要求高，不宜做长时间（4小时以上）投影使用。

金属卤素灯产生暖光，要求较大功率才能产生与UHP灯同等的光度，使用寿命较短，与UHP灯不同的是，金属卤素灯坏时表现为渐渐熄灭。

金属卤素灯泡的优点是价格便宜，缺点是半衰期短，一般使用1000小时左右亮度就会降低到原先的一半左右。

镜头（了解）
F是镜头的透光度。

F越小，镜头的透光性越好。

f是镜头的放大比率。

如，f=1.4时，就是说，在一固定的位置上，画面可放大1.4倍。

镜头的光圈是用数值来表示的，一般从1.6-2.0，为使用方便，一个镜头设置多档光圈，光圈的数值越大，光圈就越小，光通量也越少，每一个镜头的最大光圈都用数值标在镜头的前方。

焦距也是用数值来表示的，通常从50-210mm，分为短焦、标准和长焦，还有超短和超长焦的。

数值越小焦距越短，数值越大焦距越长，投影机对镜头焦距的要求正投一般在50-140，背投一般在35左右，焦距决定了打满预定尺寸时投影机与影幕的距离，焦距越短，投影机与影幕的距离就越近，反之就越远。

如果要在短距离投射大画面就需要选择短焦镜头的投影机，反之则需要选择长焦镜头。

一般的投影机都为标准镜头。

投影幕布尺寸的选择
投影幕布的尺寸是大家选择幕布十分重要的指标，选择投影幕布的尺寸要和使用投影机的亮度、房间的空间、
实际需要等多方面因素进行协调。

现在投影幕的尺寸有64英寸、72英寸、86英寸、100英寸、120英寸、150英寸、200英寸、300英寸等等，那么换算成大家说熟悉的面积究竟是多大呢？这样和大家说吧，1英寸＝2.54厘米，也就是说100英寸指的幕布长宽分别为1.5米和2.0米，120英寸指的幕布长宽分别为1.8米和2.4米，150英寸指的幕布长宽分别为2.3米和3米……
在选购投影幕的时候需要注意到，我们所说的大小指的仅仅是幕面的大小，而的边框大小大概都有20-30厘米，大家选购的时候也要考虑这些因素，以免安装的不合适。

在安装的时候最好请投影机的工程师（大部分经销商都负责送货和安装的）对自己的安装环境进行一个详细的考察，以免造成返工的现象发生。

DLP 背投影机的色轮和色彩处理技术
一、DLP 色轮技术的基本原理
众所周知，由于DLP 采用DMD 微镜片反射技术，在色彩处理中，单片和两片DMD 方式均采用色轮来完成对色彩的分离和处理。

一般来说，色轮（COLOR WHEEL）是由红、绿、蓝、白等分色滤光片的组合，可将透过的白光进行分色，并通过高速马达使其转动，然后顺序分出不同单色光于指定的光路上，最后经由其它光机元件合成并投射出全彩影像。

从物理结构来看，色轮的表面为很薄的金属层，金属层采用真空膜镀技术，镀膜厚度根据红、绿、蓝三色的光谱波长相对应，白色光通过金属镀膜层时，所对应的光谱波长的色彩将透过色轮，其它色彩则被阻挡和吸收，从而完成对白色光的分离和过滤。

在单片DMD 投影系统中，输入信号被转化为RGB 数据，数据按顺序写入DMD 的SRAM，白光光源通过聚焦透镜聚集焦在色轮上，通过色轮的光线然后成像在DMD 的表面。

当色轮旋转时，红、绿、蓝光顺序地射在DMD 上。

色轮和视频图像是顺序进行的，所以当红光射到DMD 上时，镜片按照红色信息应该显示的位置和强度倾斜到“开”，绿色和蓝色光及视频信号亦是如此工作。

人体视觉系统集中红、绿、蓝信息并看到一个全彩色图像。

通过投影透镜，在DMD 表面形成的图像可以被投影到一个大屏幕上。

在两片DMD 大屏幕投影显示系统中，为了提高亮度并弥补金属卤化物的红色不足，色轮采用两个辅助颜色—品红和黄色。

品红片段允许红光和蓝光通过，同时黄色片段可通过红色和绿色。

而三片DMD 则采用分色棱镜，无需分色轮。

以下我们主要讨论目前在DLP 背投单元中主要采用的单片DMD 的几种色轮技术。

二、目前常用的几种色轮处理技术及特点
由于单片DMD 投影机色轮在同一时间内一次只能处理一种颜色，因此会带来部分的亮度的损失，同时，由于不同颜色光的光谱波长的固有特性存在着差别，从而会产生色彩还原的不同，画面色彩往往表现出红色不够鲜艳。

因此，如何使投影机既具有足够的显示亮度，同时又能充分的保证色彩的真实还原，是每个投影机厂家在产品设计中的一个关键的问题，而其中一个最重要的因素，就是色轮技术的设计解决方案。

以下是目前常用的几种DLP 色轮技术：
三段色轮RGB 由红R、绿G、蓝B 三段色组成，不同厂家的产品，其红、绿、蓝的开口角度的设计各不相同，一般来说，红色开口角度较大，这样可以弥补图像红色的不足。

采用该色轮技术的前提条件是投影机光机部分具有比较足够的光亮度，否则可能会带来图像的亮度问题，同时，使用三段色轮技术的色彩还原性相对来说比较好。

四段色轮RGBW 由红R、绿G、蓝B、白W 四段色组成，加白段色的目的主要是为了进一步提高投影机亮度，一般可比三段色轮提高20% 左右。

但同时，这种色轮技术也会带来投影机的色彩还原不够的问题，使图像色彩失真，降低了画质。

另外，在设计中，可以将脉冲信号同步锁定在W 段中，脉冲宽度与W 段宽度对应，可以一定程度上减少画面的闪烁现象。

该技术主要应用在会议室、教学用投影机。

六段色轮RGBRGB 由于DLP 投影显示技术越来越广泛的应用在具有巨大市场潜力的家庭影院投影和大屏幕背投电视，因此，人们对DLP 的色彩体现和播放连续动态视频画面效果提出了更高的要求。

六段色轮是由RGBRGB 共 6 段颜色组成的色轮，随着色轮转速相应提高（180HZ）和单位时间内处理画面更多，因此，这种设计有效地减少了运动图象和边缘的彩虹效应，视频动态效果更好，图象的色彩更丰富、更艳丽。

但由于六色分段分隔较多，集光柱通过各色段之间时光损耗也较多，因此，投影机的光亮度往往比较低，因此，也有少数投影机厂家开始设计采用7段色轮RGBRGBW 技术，以提高投影机亮度和减少画面的闪烁。

该技术主要用于针对家用消费和视频要求较高的应用。

增益型色轮SCRSCR（Sequential Color Recapture）也称连续色彩补偿技术，其基本原理与以上色轮技术相似，不同之处在于色轮表面采用阿基米德原理螺旋状光学镀膜，集光柱（光通道）采用特殊的增益技术，可以补偿部分反射光，使系统亮度有较大提高（约40%）。

但该色轮的处理技术相对较复杂，目前只有少数投影机厂家在产品中采用，从技术发展方向来说，该技术非常具有市场潜力。