背投模块----拼接墙体的未来走势

背投模块----拼接墙体的未来走势

    以应用在以监控中心为主的背投模块，其在应用与要求方面具有一些特殊性，它们一方面对单个模块的要求较高，要求有高的分辨率、亮度、对比度、色饱和度、色彩均匀度、长寿命、平均无故障时间等。目前主流的背投模块均采用0.7英寸12°DDR DMD芯片，有些甚至还采用0.9英寸12°DDR DMD芯片、多晶硅(PLCD)技术，单台背投模块分辨率最高达1600×1200。其中采用折工业级黑色芯片比民用级灰色芯片有更好的色彩还原度，更加适合显示高分辨的计算机图像。为了保证监控中心7×24小时不间断工作，背投模块基本采用双灯结构和电路工业化设计，保证背投模块工作稳定，理想状态可令背投模块的光源灯平均故障修复时间(MTTR)低至0秒。在保证单台背投模块色彩性能方面，主流厂商各显神通，采用各自方案实现一致的最终目标。以监控为核心应用的背投模块，目前已经把超高对比度屏幕作为标准配置，从而保证了很高的显示效果。目前超短焦距镜头和特殊光学设计成了各大厂商减少箱体厚度和几何失真的最常用、最有效的法宝，有些厂商采用其中一种方式，有些厂商则两种方案同时采用，加强效果。

    另一方面，由于背投模块多组合成拼接墙体，对模块的整体配合和性能指标折一致性也有很高的要求，拼接墙体不仅要求亮度、对比度、色彩一致，对拼缝、安装精度的要求也很严格。作为拼接显示墙的组成部分，背投模块对拼缝的追求永远是越小越好的，影响显示墙拼缝大小折主要因素有箱体尺寸误差、屏幕工艺和安装工艺。目前先进屏幕和精密加工、安装工艺已经实现最小0.3mm的物理拼缝。在实现组合墙体亮度、对比度、色彩一致性效果方面，种厂商也是各显身手，但殊途同归。

    虽然不是所有背投模块都内置图像拼接处理器，但图像拼接处理软件平台却有一些共同的特点，就是管理平台中文化、操作简单、具有网络控制等强大功能。

0.7英寸12°DDR DMD芯片是背投模块的主流芯片

    目前，主流背投模块公司如BARCO、Christie、Lumens、Toshiba和Vtron都采用TI公司的0.7英寸12°DDR DMD芯片，有些甚至还采用0.9英寸12°DDR DMD芯片，如Lumens的DP600、DP800系列就采用了TI的0.9英寸12°DDR DMD芯片，分辩率为SXGA+（1400×1050)，用于84英寸和100英寸背投单元。随着TI公司DLP技术的不断发展，DMD控制器LSI到DMD元件的数据传送方面技术也从顺序数字补偿技术(SDR, Single Data Rate)发展成为加倍数字补偿技术(DDR, Double Data Rate)，DDR技术使DMD镜面色调控制速度加快，从而使投影机的亮度、对比度等特性明显提高，从而大幅提高处理速度和图像对比度等显示效果，采用DDR技术后的对比度比采用SDR技术的提高了3倍多，使图像色彩饱和度和层次得到很大改善，带来更佳的显示效果。

    BARCO公司的背投模块同时采用多晶硅(PLCD)技术和DLP技术。其中多晶硅技术的物理分辨率为1024×768、1280×1024、1600×1200，DLP技术的产品物理分辨率有1024×768和1280×1024两种。另外，BARCO公司分辨率为1024×768的产品采用的是0.7英寸DDR的黑色芯片，分辨率为1280×1024的产品采用的是0.9英寸DDR的黑色芯片。巴可有限公司北京办事处控制室系统总经理丁捷说：“这种工业级的黑色芯片和民用级灰色芯片相比，具有更好的色彩还原度，更加适合显示高分辨的计算机图像。

    在提高图像还原质量方面，除了采用0.7、0.9英寸DDR DMD芯片、黑芯片和PLCD高分辨率，BARCO公司的DLP主机还在色轮的颜色、速度、更换等方面都作了独特的设计，从整体的角度提高整机质量。

    vtron中国公司市场部经理谭安琳说：“12°偏转角度比10°偏转角的DMD可以反射更的光，经过优化后的VCL机芯的对比度达到1300:1；反射微镜结构从10°改为12°，能撷取更多来自灯泡的光源，有效提升亮度20%以上。

    捷阳光电总裁Michael Qiu认为：“DLP光反射技术不会像CRT技术那样有电磁辐射、X射线，不会对人体及外界环境造成污染，同时DLP技术也较LCD技术有更长的使用寿命和稳定性，我们认为DLP技术是大屏幕拼接墙领域中适合的技术。”

    “采用DLP数字反射式技术的背投具有如下特点：图像灰度等级达高1024级，图像噪声消失，画面质量稳定，数字图像非常精确。”美国科视数字系统公司上海代表处系统工程师廖自军说。反射式DMD器件的应用使成像器件的总光效率可高达60%以上，对比度亮度均匀性都非常出色；可显示高品质的无缝图像。在0.9英寸DMD上，每一个像素面积为17×17μm2，其中还包括0.8μm间隔，而一般LCD像素点大小为40×40μm2。由此可见，同样的像素点，DLP投影机能产生画面均匀，色彩锐利更高品质的无缝图像；DLP投影单元的亮度均匀性、色彩均匀性、灰度等级等技术指标和实际显示效果均比传统CRT、LCD技高一筹，特别适用于拼墙结构；DLP投影机灯泡寿命长，不存在LCD投影机由于工作环境温度高而出现液晶板老化等问题，特别适用于拼墙结构。

双灯结构和电路工业化设计保证背投模块工作稳定

    为降低背投模块灯平均故障修复时间（MTTR)，所有主流产品均采用双灯结构，两只灯泡在双灯设计中有三种不同运作模式。

    双灯热备份：在紧急或重要情况下，采用这种备份模式，两个灯同时亮着。当一个灯损坏时，后备灯泡可立刻自动运行到位，投影画面只有0.2秒“一闪”，绝不会影响大屏幕投影画面的显示。

    双灯冷备份：在一般情况下，采用这种模式，主灯泡亮着，后备灯泡通着电，但是不发光。如运行中主灯泡出现问题，后备灯泡会自动亮起来，并自动切换到投影机组，但是由于灯泡是逐渐亮起来的，所以达到和其他投影机同样的亮度需要20秒左右的时间。

    经济运行模式：主灯泡以及后备灯泡会在500小时工作后交替使用，可以延长灯泡的使用寿命10%-15%。

    双灯设计，可令灯平均故障修复时间(MTTR)低至0秒。

    另外，BARCO公司的背投模块电路采用工业化设计，使得整机的平均无故障工作时间可以高达到6万小时。BARCO公司还对色轮进行了特殊的设计，使之成为了一个模块化的部件，用户可以像更换灯和过滤网一样方便的更换色轮，更换的时间小于3分钟，而且不需要移动投影主机，因而不需要进行任何调整，即插即用。 

    背投模块在色彩还原更艳丽、更逼真

    在背投模块的色彩还原方面，各厂商各推各的最新技术，保证色彩还原更艳丽、更逼真。

    TOSHIBA照明显示系统(上海)有限公司副总经理山田彬说：“东芝背投显示单元在设计上独创了对三原色处理效率更高的PCOF (Pure Color Optical Filter)逼真色彩过滤技术，结合独特的分色、滤色系统，在保证投影机显示亮度的同时，大幅度提高了色彩的还原性，使图像更艳丽、逼真。”

    Lumens产品光学引擎具有6色域调整电路(R、G、B、C、M、Y)，较传统3色域调整电路，使画面拥有更丰富的色彩表现。

    Christie和Vtron投影机中的10比特数字化Gamma校正电路提供高分辨率分级表现明暗图像区域的功能，从而产生特别逼真的灰色色调。同时，先进的3维色彩抖动处理功能提供10比特真彩色再现控制，灰度可达到1024种，是普通投影机8比特灰度的4倍！从面获得更加平滑细腻的图像效果，彻底消除数字化图像特有的阶梯过渡现象。Vtron的Visionpro显示单元还具有先进的数字输入口，与DMD芯片的全数字处理模式充分结合，减少因数模转换导致的图像损失，确保精确的数字图像重现。

    巴可的单片DLP产品在传统的红绿蓝三色色轮中加入白色段，增加对颜色的还原性和亮度。对于三片多晶硅(LCD)背投产品则采用红、绿、蓝三原色分别成像，在彩色还原方面只需要增加其颜色的鲜艳度和饱和度，BARCO公司专利的彩色还原技术保证了三片多晶硅产品的色彩。 

超高对比度屏幕是目前背投模块的标准配置

    作为高档显示器件的背投模块，为保证高质量显示效果，目前匀采用新型超高对比度、防反光屏幕提高色彩还原性，有些屏幕还具有可清洗、不变形，耐高温、高湿的性能。各厂商独立开发不同的技术实现这些特点。

    Vtron综合光学背投树脂幕和玻璃幕的技术特点，自行研发了GUCS超高对比度屏幕。谭安琳说：“GUCS幕结合菲涅耳透镜的聚焦能力以及立体透镜的发散特性可以获得细腻的画面效果和超高的对比度；GUCS幕3.7的超高增益能展现更明亮、更清晰的图像效果；GUCS幕可触摸、可擦洗、易维护，同时采用专利的防反光处理，大大减低用户环境光源因反射产生的亮斑现象。”

    BARCO公司的背投模块采用高对比度的黑色双层高分子聚酯屏幕，色彩还原好、视角宽、易清洁维护、没有反光。丁洁说：“这样的屏幕不会对长时间观看的人员造成眼睛的疲劳和伤害。”

    Christie专利的TruView超高对比度屏幕增益3.7、宽视角(水平全域160度，垂直全域60度；水平视角38度，垂直视角10度)和高清晰度，抗环境光线干扰，使用户不论是在明亮或黑暗的环境中都能提供高对比度画面。

    Lumens背投单元全部采用复合玻璃屏幕，这种屏幕在不同温度、湿度下始终保持平整性及其结构的长期耐用性。屏幕表面具有特殊保护层，可以用清水擦拭。即便在室内照明情况下，投影画面也能呈现层次分明的效果。

    东芝公司的RHPS（Rigid-High-Pixel-Screen）新材质的高光学性能树脂屏幕在保证屏幕良好光学特性的同时，增加了使屏幕刚性增强的材料成分，通过专门的高温、高湿处理，使屏幕完全有效的抑制变形。山田彬说：“东芝在屏幕压模结构技术上进一步改进，采用了东芝独有的变焦透镜屏幕技术，有效的消除了投影机常见的‘太阳效应’及‘热岛效应’，使光亮度过度更均匀。”    

背投模块采取超短焦距镜头和特殊光学设计减少箱体厚度

    廖自军说：“超短焦距镜头和光学设计使DLP投影单元具有超薄机械结构。”减少背投模块的厚度通常有两种方式，一种是缩短镜头的焦距，另外一种是对反射镜系统进行特殊的设计，通过改变投射距离来减少箱体厚度。在主流背投产品厂商中，有些厂家采用其中一种方式，有些采用两种技术的结合达到目标。

    东芝采用投射比仅为0.514(接近理论极限值)的超短焦镜头减小箱体的厚度。BARCO公司的背投模块主要是通过缩短镜头的焦距来减少箱体的厚度。Vtron的Visionpro C/T系列显示单元采用一次反射背投显示方式配以超短焦距光学系统及专利的散热风道流向设计，使显示单元厚度缩减至最小。

    通常背投光学引擎都是垂直向上投射，而Lumens的光学引擎是L型光路设计，为非垂直投射，能最大的效率地利用投影空间，配合独立六轴几何调整架，箱体厚度较传统设计减少约13-20%。Christie选用高质量的表面镀膜反射镜减少箱体厚度。

    丁洁说：“短焦镜头在镜头的光学系统上进行特殊的加工，保证显示的图像不会发生任何变形。尤其是在背投模块作拼接显示时，模块与模块之间的拼接性能会更好，不会丢失任何信息。通过反射镜减少箱体的厚度，对单个的屏幕显示比较适合，但是如果是拼接显示，则在拼接性能上不尽人意。” 

背投模块改善图形显示质量是从系统角度进行的

    为改善背投模块的图形显示质量，从光学系统、电路设计、光源、高清晰度显示到输入/输出接口，主流厂商八仙过海，各显神通。

    东芝背投模块采用DDR DMD芯片技术，结合先进的光学系统，使整体图像显示达到高亮度和高对比度，尤其是在图像对比度方面，运用高灰度等级三维高频脉冲电路，使图像对比度大幅度提升，色彩层次过渡更加平滑细腻。

    Lumens全系列背投产品均采用了12比特Gamma电路，可进行亮暗图像区域的高分辩率梯度渲染，实现极富真实感与空间感的图像效果；集成视频倍线扫描电路，它可以把视频画面扫描线数成倍提高，倍线扫描技术使播放视频图像时更精细、清晰；内置三维空间梳型过滤器，它消除了在播放动态视频图像时的边缘锯齿现象，令播放的画面更加清晰，图像边缘更顺滑。

    科视SXGA投影显示单元可选氙灯作光源。廖自军说：“氙灯的光谱最接近自然日光并具有低色温飘移特点，超过了金属卤化物(MH)和超高压水银(UHP)等其它光源技术。”在拼接应用中，色温漂移会被很容易注意到并且影响最终显示效果，右图(RU-projectorcube－Lamp)为各种光源的光谱图比较，由图中可看出红（氙灯）的光谱最接近黄线（太阳光谱），其色彩还原最好。

多种技术保证背投模块组成的显示墙在亮度、色彩方面保持

    在多屏拼接的应用中，如何在整个显示区域取得一致的色彩均匀性，而避免相邻显示单元间的色彩差异是极为难以控制的，这也是许多项目失败的重要原因之一。在传统方式中，各台投影机的色彩调整采用分别调整RGB三原色的办法，可以实现白色达到一致，但是由于受光源、光路、色轮和镜头等因素的影响，使得每一台投影机的三原色本身就存在着差异，通过调整RGB三色的比例，是无法达到色彩的一致性。各路厂商为保证背投模块组成的显示墙在亮度、色彩方面保持一致，采用多种不同的方式方法实现同一目标，取到殊途同归的效果。

    Michael Chiu说：“控制光亮度保证拼接墙亮度的长期均匀性是使用最多的一种方案。”Lumens的光学引擎内置亮度传感器，自动测量光学引擎输出的光亮度，确保投影拼墙中的各背投单元光高度输出一致，保证整个拼墙亮度的长期均匀性。

   “巴可公司专利设计的光学亮度控制系统能提供平均的亮度输出，每台投影单元的亮度输出可独立调校而不会影响颜色和对比度并且保持整个投影墙能有一致的亮度输出。”丁洁说。为了保持整个投影墙的亮度及色彩一致，巴可公司特别研制了灯泡自动调较功能，当用户换上新的灯泡，光学亮度控制系统将灯泡自动调较到最佳效果，从而达至一致的亮度及色彩输出。上图为三个显示单元的灯使用图例，从图中可以看到每个单元灯的损坏时间不同，但是BARCO通过光学调光系统设定了恒定的亮度输出，所以不管何时更换灯泡，亮度自动调校功能都将亮度锁定在一个恒定的输出上，整个屏幕墙不会由于更换灯泡而发生亮度不均匀的情况。

    美国科视数字系统公司开发的自动亮度跟踪特性(LiteLOC)可独立、自动地管理投影机亮度。亮度反馈控制系统连续地监视灯亮度，如果灯亮度不断下降，则灯的电压则自动增加，维持一个稳定的亮度。廖自军说：“这种方法简单、有效，特别适合系统在运行后需要更换局部投影单元灯泡的情形。”由于和旧的投影单元相比，使用新灯泡的投影单元亮度较高，若不具备氙灯的亮度可调功能，更换灯泡后将会最终影响显示屏的整体亮度均匀性。

    丁洁认为：“现代大屏幕显示墙应用窗口的大小、类型、数量和位置均没有限制，但这亦会容易在大屏幕上产生混乱，例如重要的警报窗口被次要的视频窗口所覆盖。所以在任何情况下一个合适的大屏幕管理软件是不可缺少的。”目前，各厂商独立开发各自的管理平台，显示墙应用管理平台不仅全部中文化、功能强大，还具有网络控制功能。

    东芝显示墙应用管理平台CubeCommander，可实现对大屏幕投影墙的多用户远程操作、显示模式管理、信号源管理、窗口管理、信号源管理、投影单元控制、预案管理等功能等强大功能，且所有操作都能在同一控制平台上完成。全中文用户界面，操作简捷。     CubeView应用管理系统软件是Lumens专门针对其背投显示系统独立设计开发的全中文智能化控制软件，其每一项功能的设计理念，都是为了使您尽可能简单的方式来控制和管理整套系统，软件为C/S架构，它整合了多种最常使用的管理功能，如用户管理，权限管理，通道管理，远程鼠标管理等先进的管理策略，极其方便的实现了网络控制、多用户控制、远程异地操作等功能。

    Christie对屏幕墙上显示应用和投影设备的管理和控制全部通过ConterMaster(tm)来实现。对屏幕墙上显示应用的操作可通过FRC-5000本身配置的键盘和鼠标实现，也可在与FRC-5000联网的一台PC机上通过FRC-5000的遥控鼠标和键盘的功能实现。ControlMASTER(tm)控制软件可以对大屏幕进行分散式的管理控制。ControlMASTER(tm)由安装在FRC上的WallServer和安装于网络上任一Windows工作站上的WallManager组成。通过分布于网络的WallManager工作站对显示墙进远程控制。   

    Vtron的显示墙管理平台具有一体化、网络化、多元化的特点。谭安琳说：“VWAS软件是Vtron针对控制室开发的应用管理系统，它能尽量满足客户在Vtron的平台上进行二次开发，开发出适合各类用户应用环境的系统和解决方案。”在原有多用户操作和管理、窗口管理、模式管理、设备管理、预案管理、摄像头控制以及矩阵控制等功能上，最新版本还增加了多处理器控制、显示引擎控制、多显示拼墙管理、信号源切换和视频预览等功能。新增加的功能更能满足用户大系统、多系统智能化的集成需求，更贴切用户常规的使用习惯。