背投模塊----拼接墻體的未來走勢

    以應用在以監控中心為主的背投模塊，其在應用與要求方面具有一些特殊性，它們一方面對單個模塊的要求較高，要求有高的分辨率、亮度、對比度、色飽和度、色彩均勻度、長壽命、平均無故障時間等。目前主流的背投模塊均采用0.7英寸12°DDR DMD芯片，有些甚至還采用0.9英寸12°DDR DMD芯片、多晶硅(PLCD)技術，單臺背投模塊分辨率最高達1600×1200。其中采用折工業級黑色芯片比民用級灰色芯片有更好的色彩還原度，更加適合顯示高分辨的計算機圖像。為了保證監控中心7×24小時不間斷工作，背投模塊基本采用雙燈結構和電路工業化設計，保證背投模塊工作穩定，理想狀態可令背投模塊的光源燈平均故障修復時間(MTTR)低至0秒。在保證單臺背投模塊色彩性能方面，主流廠商各顯神通，采用各自方案實現一致的最終目標。以監控為核心應用的背投模塊，目前已經把超高對比度屏幕作為標準配置，從而保證了很高的顯示效果。目前超短焦距鏡頭和特殊光學設計成了各大廠商減少箱體厚度和幾何失真的最常用、最有效的法寶，有些廠商采用其中一種方式，有些廠商則兩種方案同時采用，加強效果。

    另一方面，由于背投模塊多組合成拼接墻體，對模塊的整體配合和性能指標折一致性也有很高的要求，拼接墻體不僅要求亮度、對比度、色彩一致，對拼縫、安裝精度的要求也很嚴格。作為拼接顯示墻的組成部分，背投模塊對拼縫的追求永遠是越小越好的，影響顯示墻拼縫大小折主要因素有箱體尺寸誤差、屏幕工藝和安裝工藝。目前先進屏幕和精密加工、安裝工藝已經實現最小0.3mm的物理拼縫。在實現組合墻體亮度、對比度、色彩一致性效果方面，種廠商也是各顯身手，但殊途同歸。

    雖然不是所有背投模塊都內置圖像拼接處理器，但圖像拼接處理軟件平臺卻有一些共同的特點，就是管理平臺中文化、操作簡單、具有網絡控制等強大功能。

0.7英寸12°DDR DMD芯片是背投模塊的主流芯片

    目前，主流背投模塊公司如BARCO、Christie、Lumens、Toshiba和Vtron都采用TI公司的0.7英寸12°DDR DMD芯片，有些甚至還采用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，分辯率為SXGA+（1400×1050)，用于84英寸和100英寸背投單元。隨著TI公司DLP技術的不斷發展，DMD控制器LSI到DMD元件的數據傳送方面技術也從順序數字補償技術(SDR, Single Data Rate)發展成為加倍數字補償技術(DDR, Double Data Rate)，DDR技術使DMD鏡面色調控制速度加快，從而使投影機的亮度、對比度等特性明顯提高，從而大幅提高處理速度和圖像對比度等顯示效果，采用DDR技術后的對比度比采用SDR技術的提高了3倍多，使圖像色彩飽和度和層次得到很大改善，帶來更佳的顯示效果。

    BARCO公司的背投模塊同時采用多晶硅(PLCD)技術和DLP技術。其中多晶硅技術的物理分辨率為1024×768、1280×1024、1600×1200，DLP技術的產品物理分辨率有1024×768和1280×1024兩種。另外，BARCO公司分辨率為1024×768的產品采用的是0.7英寸DDR的黑色芯片，分辨率為1280×1024的產品采用的是0.9英寸DDR的黑色芯片。巴可有限公司北京辦事處控制室系統總經理丁捷說：“這種工業級的黑色芯片和民用級灰色芯片相比，具有更好的色彩還原度，更加適合顯示高分辨的計算機圖像。

    在提高圖像還原質量方面，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主機還在色輪的顏色、速度、更換等方面都作了獨特的設計，從整體的角度提高整機質量。

    vtron中國公司市場部經理譚安琳說：“12°偏轉角度比10°偏轉角的DMD可以反射更的光，經過優化后的VCL機芯的對比度達到1300:1；反射微鏡結構從10°改為12°，能擷取更多來自燈泡的光源，有效提升亮度20%以上。

    捷陽光電總裁Michael Qiu認為：“DLP光反射技術不會像CRT技術那樣有電磁輻射、X射線，不會對人體及外界環境造成污染，同時DLP技術也較LCD技術有更長的使用壽命和穩定性，我們認為DLP技術是大屏幕拼接墻領域中適合的技術。”

    “采用DLP數字反射式技術的背投具有如下特點：圖像灰度等級達高1024級，圖像噪聲消失，畫面質量穩定，數字圖像非常精確。”美國科視數字系統公司上海代表處系統工程師廖自軍說。反射式DMD器件的應用使成像器件的總光效率可高達60%以上，對比度亮度均勻性都非常出色；可顯示高品質的無縫圖像。在0.9英寸DMD上，每一個像素面積為17×17μm2，其中還包括0.8μm間隔，而一般LCD像素點大小為40×40μm2。由此可見，同樣的像素點，DLP投影機能產生畫面均勻，色彩銳利更高品質的無縫圖像；DLP投影單元的亮度均勻性、色彩均勻性、灰度等級等技術指標和實際顯示效果均比傳統CRT、LCD技高一籌，特別適用于拼墻結構；DLP投影機燈泡壽命長，不存在LCD投影機由于工作環境溫度高而出現液晶板老化等問題，特別適用于拼墻結構。

雙燈結構和電路工業化設計保證背投模塊工作穩定

    為降低背投模塊燈平均故障修復時間（MTTR)，所有主流產品均采用雙燈結構，兩只燈泡在雙燈設計中有三種不同運作模式。

    雙燈熱備份：在緊急或重要情況下，采用這種備份模式，兩個燈同時亮著。當一個燈損壞時，后備燈泡可立刻自動運行到位，投影畫面只有0.2秒“一閃”，絕不會影響大屏幕投影畫面的顯示。

    雙燈冷備份：在一般情況下，采用這種模式，主燈泡亮著，后備燈泡通著電，但是不發光。如運行中主燈泡出現問題，后備燈泡會自動亮起來，并自動切換到投影機組，但是由于燈泡是逐漸亮起來的，所以達到和其他投影機同樣的亮度需要20秒左右的時間。

    經濟運行模式：主燈泡以及后備燈泡會在500小時工作后交替使用，可以延長燈泡的使用壽命10%-15%。

    雙燈設計，可令燈平均故障修復時間(MTTR)低至0秒。

    另外，BARCO公司的背投模塊電路采用工業化設計，使得整機的平均無故障工作時間可以高達到6萬小時。BARCO公司還對色輪進行了特殊的設計，使之成為了一個模塊化的部件，用戶可以像更換燈和過濾網一樣方便的更換色輪，更換的時間小于3分鐘，而且不需要移動投影主機，因而不需要進行任何調整，即插即用。 

    背投模塊在色彩還原更艷麗、更逼真

    在背投模塊的色彩還原方面，各廠商各推各的最新技術，保證色彩還原更艷麗、更逼真。

    TOSHIBA照明顯示系統(上海)有限公司副總經理山田彬說：“東芝背投顯示單元在設計上獨創了對三原色處理效率更高的PCOF (Pure Color Optical Filter)逼真色彩過濾技術，結合獨特的分色、濾色系統，在保證投影機顯示亮度的同時，大幅度提高了色彩的還原性，使圖像更艷麗、逼真。”

    Lumens產品光學引擎具有6色域調整電路(R、G、B、C、M、Y)，較傳統3色域調整電路，使畫面擁有更豐富的色彩表現。

    Christie和Vtron投影機中的10比特數字化Gamma校正電路提供高分辨率分級表現明暗圖像區域的功能，從而產生特別逼真的灰色色調。同時，先進的3維色彩抖動處理功能提供10比特真彩色再現控制，灰度可達到1024種，是普通投影機8比特灰度的4倍！從面獲得更加平滑細膩的圖像效果，徹底消除數字化圖像特有的階梯過渡現象。Vtron的Visionpro顯示單元還具有先進的數字輸入口，與DMD芯片的全數字處理模式充分結合，減少因數模轉換導致的圖像損失，確保精確的數字圖像重現。

    巴可的單片DLP產品在傳統的紅綠藍三色色輪中加入白色段，增加對顏色的還原性和亮度。對于三片多晶硅(LCD)背投產品則采用紅、綠、藍三原色分別成像，在彩色還原方面只需要增加其顏色的鮮艷度和飽和度，BARCO公司專利的彩色還原技術保證了三片多晶硅產品的色彩。 

超高對比度屏幕是目前背投模塊的標準配置

    作為高檔顯示器件的背投模塊，為保證高質量顯示效果，目前勻采用新型超高對比度、防反光屏幕提高色彩還原性，有些屏幕還具有可清洗、不變形，耐高溫、高濕的性能。各廠商獨立開發不同的技術實現這些特點。

    Vtron綜合光學背投樹脂幕和玻璃幕的技術特點，自行研發了GUCS超高對比度屏幕。譚安琳說：“GUCS幕結合菲涅耳透鏡的聚焦能力以及立體透鏡的發散特性可以獲得細膩的畫面效果和超高的對比度；GUCS幕3.7的超高增益能展現更明亮、更清晰的圖像效果；GUCS幕可觸摸、可擦洗、易維護，同時采用專利的防反光處理，大大減低用戶環境光源因反射產生的亮斑現象。”

    BARCO公司的背投模塊采用高對比度的黑色雙層高分子聚酯屏幕，色彩還原好、視角寬、易清潔維護、沒有反光。丁潔說：“這樣的屏幕不會對長時間觀看的人員造成眼睛的疲勞和傷害。”

    Christie專利的TruView超高對比度屏幕增益3.7、寬視角(水平全域160度，垂直全域60度；水平視角38度，垂直視角10度)和高清晰度，抗環境光線干擾，使用戶不論是在明亮或黑暗的環境中都能提供高對比度畫面。

    Lumens背投單元全部采用復合玻璃屏幕，這種屏幕在不同溫度、濕度下始終保持平整性及其結構的長期耐用性。屏幕表面具有特殊保護層，可以用清水擦拭。即便在室內照明情況下，投影畫面也能呈現層次分明的效果。

    東芝公司的RHPS（Rigid-High-Pixel-Screen）新材質的高光學性能樹脂屏幕在保證屏幕良好光學特性的同時，增加了使屏幕剛性增強的材料成分，通過專門的高溫、高濕處理，使屏幕完全有效的抑制變形。山田彬說：“東芝在屏幕壓模結構技術上進一步改進，采用了東芝獨有的變焦透鏡屏幕技術，有效的消除了投影機常見的‘太陽效應’及‘熱島效應’，使光亮度過度更均勻。”    

背投模塊采取超短焦距鏡頭和特殊光學設計減少箱體厚度

    廖自軍說：“超短焦距鏡頭和光學設計使DLP投影單元具有超薄機械結構。”減少背投模塊的厚度通常有兩種方式，一種是縮短鏡頭的焦距，另外一種是對反射鏡系統進行特殊的設計，通過改變投射距離來減少箱體厚度。在主流背投產品廠商中，有些廠家采用其中一種方式，有些采用兩種技術的結合達到目標。

    東芝采用投射比僅為0.514(接近理論極限值)的超短焦鏡頭減小箱體的厚度。BARCO公司的背投模塊主要是通過縮短鏡頭的焦距來減少箱體的厚度。Vtron的Visionpro C/T系列顯示單元采用一次反射背投顯示方式配以超短焦距光學系統及專利的散熱風道流向設計，使顯示單元厚度縮減至最小。

    通常背投光學引擎都是垂直向上投射，而Lumens的光學引擎是L型光路設計，為非垂直投射，能最大的效率地利用投影空間，配合獨立六軸幾何調整架，箱體厚度較傳統設計減少約13-20%。Christie選用高質量的表面鍍膜反射鏡減少箱體厚度。

    丁潔說：“短焦鏡頭在鏡頭的光學系統上進行特殊的加工，保證顯示的圖像不會發生任何變形。尤其是在背投模塊作拼接顯示時，模塊與模塊之間的拼接性能會更好，不會丟失任何信息。通過反射鏡減少箱體的厚度，對單個的屏幕顯示比較適合，但是如果是拼接顯示，則在拼接性能上不盡人意。” 

背投模塊改善圖形顯示質量是從系統角度進行的

    為改善背投模塊的圖形顯示質量，從光學系統、電路設計、光源、高清晰度顯示到輸入/輸出接口，主流廠商八仙過海，各顯神通。

    東芝背投模塊采用DDR DMD芯片技術，結合先進的光學系統，使整體圖像顯示達到高亮度和高對比度，尤其是在圖像對比度方面，運用高灰度等級三維高頻脈沖電路，使圖像對比度大幅度提升，色彩層次過渡更加平滑細膩。

    Lumens全系列背投產品均采用了12比特Gamma電路，可進行亮暗圖像區域的高分辯率梯度渲染，實現極富真實感與空間感的圖像效果；集成視頻倍線掃描電路，它可以把視頻畫面掃描線數成倍提高，倍線掃描技術使播放視頻圖像時更精細、清晰；內置三維空間梳型過濾器，它消除了在播放動態視頻圖像時的邊緣鋸齒現象，令播放的畫面更加清晰，圖像邊緣更順滑。

    科視SXGA投影顯示單元可選氙燈作光源。廖自軍說：“氙燈的光譜最接近自然日光并具有低色溫飄移特點，超過了金屬鹵化物(MH)和超高壓水銀(UHP)等其它光源技術。”在拼接應用中，色溫漂移會被很容易注意到并且影響最終顯示效果，右圖(RU-projectorcube－Lamp)為各種光源的光譜圖比較，由圖中可看出紅（氙燈）的光譜最接近黃線（太陽光譜），其色彩還原最好。

多種技術保證背投模塊組成的顯示墻在亮度、色彩方面保持

    在多屏拼接的應用中，如何在整個顯示區域取得一致的色彩均勻性，而避免相鄰顯示單元間的色彩差異是極為難以控制的，這也是許多項目失敗的重要原因之一。在傳統方式中，各臺投影機的色彩調整采用分別調整RGB三原色的辦法，可以實現白色達到一致，但是由于受光源、光路、色輪和鏡頭等因素的影響，使得每一臺投影機的三原色本身就存在著差異，通過調整RGB三色的比例，是無法達到色彩的一致性。各路廠商為保證背投模塊組成的顯示墻在亮度、色彩方面保持一致，采用多種不同的方式方法實現同一目標，取到殊途同歸的效果。

    Michael Chiu說：“控制光亮度保證拼接墻亮度的長期均勻性是使用最多的一種方案。”Lumens的光學引擎內置亮度傳感器，自動測量光學引擎輸出的光亮度，確保投影拼墻中的各背投單元光高度輸出一致，保證整個拼墻亮度的長期均勻性。

   “巴可公司專利設計的光學亮度控制系統能提供平均的亮度輸出，每臺投影單元的亮度輸出可獨立調校而不會影響顏色和對比度并且保持整個投影墻能有一致的亮度輸出。”丁潔說。為了保持整個投影墻的亮度及色彩一致，巴可公司特別研制了燈泡自動調較功能，當用戶換上新的燈泡，光學亮度控制系統將燈泡自動調較到最佳效果，從而達至一致的亮度及色彩輸出。上圖為三個顯示單元的燈使用圖例，從圖中可以看到每個單元燈的損壞時間不同，但是BARCO通過光學調光系統設定了恒定的亮度輸出，所以不管何時更換燈泡，亮度自動調校功能都將亮度鎖定在一個恒定的輸出上，整個屏幕墻不會由于更換燈泡而發生亮度不均勻的情況。

    美國科視數字系統公司開發的自動亮度跟蹤特性(LiteLOC)可獨立、自動地管理投影機亮度。亮度反饋控制系統連續地監視燈亮度，如果燈亮度不斷下降，則燈的電壓則自動增加，維持一個穩定的亮度。廖自軍說：“這種方法簡單、有效，特別適合系統在運行后需要更換局部投影單元燈泡的情形。”由于和舊的投影單元相比，使用新燈泡的投影單元亮度較高，若不具備氙燈的亮度可調功能，更換燈泡后將會最終影響顯示屏的整體亮度均勻性。

    丁潔認為：“現代大屏幕顯示墻應用窗口的大小、類型、數量和位置均沒有限制，但這亦會容易在大屏幕上產生混亂，例如重要的警報窗口被次要的視頻窗口所覆蓋。所以在任何情況下一個合適的大屏幕管理軟件是不可缺少的。”目前，各廠商獨立開發各自的管理平臺，顯示墻應用管理平臺不僅全部中文化、功能強大，還具有網絡控制功能。

    東芝顯示墻應用管理平臺CubeCommander，可實現對大屏幕投影墻的多用戶遠程操作、顯示模式管理、信號源管理、窗口管理、信號源管理、投影單元控制、預案管理等功能等強大功能，且所有操作都能在同一控制平臺上完成。全中文用戶界面，操作簡捷。     CubeView應用管理系統軟件是Lumens專門針對其背投顯示系統獨立設計開發的全中文智能化控制軟件，其每一項功能的設計理念，都是為了使您盡可能簡單的方式來控制和管理整套系統，軟件為C/S架構，它整合了多種最常使用的管理功能，如用戶管理，權限管理，通道管理，遠程鼠標管理等先進的管理策略，極其方便的實現了網絡控制、多用戶控制、遠程異地操作等功能。

    Christie對屏幕墻上顯示應用和投影設備的管理和控制全部通過ConterMaster(tm)來實現。對屏幕墻上顯示應用的操作可通過FRC-5000本身配置的鍵盤和鼠標實現，也可在與FRC-5000聯網的一臺PC機上通過FRC-5000的遙控鼠標和鍵盤的功能實現。ControlMASTER(tm)控制軟件可以對大屏幕進行分散式的管理控制。ControlMASTER(tm)由安裝在FRC上的WallServer和安裝于網絡上任一Windows工作站上的WallManager組成。通過分布于網絡的WallManager工作站對顯示墻進遠程控制。   

    Vtron的顯示墻管理平臺具有一體化、網絡化、多元化的特點。譚安琳說：“VWAS軟件是Vtron針對控制室開發的應用管理系統，它能盡量滿足客戶在Vtron的平臺上進行二次開發，開發出適合各類用戶應用環境的系統和解決方案。”在原有多用戶操作和管理、窗口管理、模式管理、設備管理、預案管理、攝像頭控制以及矩陣控制等功能上，最新版本還增加了多處理器控制、顯示引擎控制、多顯示拼墻管理、信號源切換和視頻預覽等功能。新增加的功能更能滿足用戶大系統、多系統智能化的集成需求，更貼切用戶常規的使用習慣。