楊英俊談：投影機的正確認識和使用

    疫情期間，贏康和廣大合作伙伴一起線上復工，支持和服務不斷。宅在家的日子里，是內修專業(yè)知識的好時機，接下來就分享一篇文章，作者是贏康高級工程師/副總經理楊英俊，最先發(fā)表于《演藝科技》。

    投影機作為光機電一體化的高技術設備，應用越來越普及和廣泛，越來越多的非電子工程專業(yè)人員也開始從事投影機的應用。投影機特別是大型專業(yè)工程投影機的應用不僅涉及投影機本身的性能，還需要涉及視頻系統(tǒng)的整體設計。因此，只有在了解并掌握投影機的原理及性能的基礎上，才能正確使用投影機，并充分發(fā)揮其功能。由此，筆者結合實踐經驗，從應用的角度分析工程技術人員需要掌握的相關視頻基礎知識，以及如何根據(jù)應用選擇適合的投影機和設計投影顯示系統(tǒng)時需要考慮的要素。

    1 投影機應用場所

    投影顯示的應用場所非常廣泛，室內、室外都有應用，具體的應用場景如表1、表2所示。因不同的應用場所和功能需求，有不同的照明環(huán)境、不同的使用特點、不同的信號特征。特別是夜晚，環(huán)境光可控，投影介質復雜多樣、不可控、不一致，投影設備使用環(huán)境較差，動態(tài)視頻為主，基本上都屬于projection mapping范疇。因此，要根據(jù)各自獨特的需求進行細分，才能做好。例如會議室，屬于安裝環(huán)境很好但照度比較高的場所，所以可以選擇商務類機型；而室外夜游，投影機安裝環(huán)境很差，則必須選擇工程類機型。

    表1 投影機在室內的應用場景

    表2 投影機在室外的應用情況

    從投影機方面區(qū)分，可以是單機應用和多機應用。

    從投影介質方面上看，可以分為平面、曲面和不規(guī)則的面。

    2 投影機的選擇及使用要求

    2.1 全面掌握視頻基礎知識

    正確使用投影機的前提是要對視頻、投影機原理等相關的視頻技術基礎知識有所了解，如已經出版的《數(shù)字成像基礎及系統(tǒng)技術》（電子工業(yè)出版社出版）、《視覺原理》（世界圖書出版公司）等專業(yè)書籍提供有這方面的知識，同時也可以從其他媒介廣泛涉獵學習。

    科視D4K40-RGB投影機

    2.2 了解技術參數(shù)的物理意義

    投影機的技術參數(shù)非常多，使用者不只是了解，還要準確掌握各個參數(shù)物理意義。

    （1）投影機的顯示技術

    目前，投影機所采用的顯示技術主要有3種，如表3所示。不同的技術，在圖像的呈現(xiàn)方面有不同的特點，可以根據(jù)需求來選擇。由于DLP的反射性技術，所以是高通量場所的首選，例如電影院用的投影機全是DLP技術，而LCD技術色飽和度高，所以可以用在色彩鮮艷的地方。

    表3 目前投影機采用的幾種顯示技術

    （2）投影光源

    投影光源是投影機重要的組成部分，傳統(tǒng)的投影機光源是氙燈，之后是UHP燈，近年來激光光源越來越多地被采用。激光光源也包括多種技術，其中，RGB三基色激光光源，其發(fā)光器件是紅綠藍三基色的激光器，是目前最好的光源，色純最好，色域最大（圖1）；另一種激光熒光粉光源，就是通過單色或者雙色激光器轟擊熒光粉后產生成像所需的紅綠藍光源，這種技術比較經濟。

    圖1 激光光源的色域

    不同的光源有不同的色域，對圖像的表現(xiàn)是不一樣的，不同的光源適合的光通量也是不一樣的，如圖2所示。

    圖2 不同光源適合的光通量

    （3）物理分辨率

    物理分辨率是指投影機成像用核心器件的真實分辨率（像素），是表現(xiàn)圖像細膩程度指標。目前有很多種，常用的有1 920×1 200、4 096×2 160等。對于同樣的投射面積、同樣的投距和視距，分辨率越高，圖像越細膩。

    （4）光通量

    投影機的光通量經常被稱為“亮度”，這當然是不對的。人看到的亮度實際上是由很多因素決定的，投影機光通量只是其中一種因素。

    投影機的光通量代表著輸出光線的多少。光通量的測量有不同的標準，目前采用的主要是ANSI（美國國家標準委員會）和ISO（國際標準化組織）標準。同一臺投影機，不同的測量標準，光通量數(shù)值是不一樣的，ANSI標準是正負10%合格，ISO標準是-20%合格。這意味著如果一臺標稱31 000 lm的投影機，依據(jù)ISO標準只要測量出來的值超過24 800 lm，則意味著是合格品。

    （5）對比度

    投影機的對比度，實際上是投影機輸出暗場和亮場的對比，代表著投影機表現(xiàn)明暗對比的能力。

    （6）鏡頭參數(shù)

    鏡頭作為一個光學部件，是投影機的核心部件，很多復雜的技術指標決定著鏡頭的質量，如投射比是描述鏡頭的主要指標。

    （7）信號處理

    信號處理方面的技術參數(shù)包括幀率、接口、變形、融合、校正等。

    （8）安裝

    安裝方面的參數(shù)包括重量、體積、使用環(huán)境、方向、電源、功率、海拔、安全要求等。

    （9）特殊要求

    在使用投影機時，要特別注意技術手冊中標記“*”的部分，很多的數(shù)據(jù)是有一定的前提條件的。

    2.3 投影機指標與需要的匹配

    在充分理解投影機技術參數(shù)物理意義的基礎上，選擇投影機的過程就是在需求和投影機指標之間尋求匹配，可以參照圖3進行。

    圖3 需求和投影機指標的匹配

    2.4 用戶手冊和安裝手冊的閱讀及使用

    認真仔細閱讀用戶手冊和安裝手冊是極其必要的，理解其中的內容。特別需要注意的是接口部分的內容，這對匹配信號源至關重要，同時也決定信號傳輸設備的選擇。如表4所示，可以看到投影機真正的信號處理能力，不同的接口，能接受處理的信號是不同的。

    表4 投影機接口的技術參數(shù)信息

    2.5 安裝要求的特別注意項

    投影機是光機電一體化的高技術產品，只有安裝在滿足投影機要求的工作環(huán)境中，才能達到其最佳效用，呈現(xiàn)所給出的技術指標能力。因此，安裝要求也是需要特別注意的,安裝要求的各項內容見表5。如果環(huán)境條件達不到要求，則不僅僅不能達到規(guī)定的技術指標，也會大大增加投影機的故障率和損壞率。

    表5 安裝要求的注意項

    3 投影顯示系統(tǒng)的設計要點

    3.1 系統(tǒng)觀念

    掌握投影機性能是基礎，設計并使用好投影顯示系統(tǒng)才是目的。圖4是一個典型投影顯示系統(tǒng)的構成，從中可以看出，一個投影顯示系統(tǒng)包括顯示內容、顯示內容用的播放器，信號傳輸器材、投影機和投影介質以及觀眾。這里特別需要說明的是觀眾，實際上觀眾的眼睛是顯示系統(tǒng)的一部分，只有讓觀眾看得見、看得清、看得舒適才能稱之為一個設計成功的投影顯示系統(tǒng)（項目），也才可以說用好投影機了。

    圖4 典型投影顯示系統(tǒng)的構成

    在進行（系統(tǒng)）項目設計時，需要考慮諸多因素，如圖5所示。

    圖5 系統(tǒng)設計需要考慮的因素

    ●觀眾觀看的姿態(tài)，站立、坐著、行進；觀眾的數(shù)量，所有的觀眾是否都能清晰地看到；最佳位置（眼點）在哪里？

    ●當周邊還有其他觀看物時，還需要考慮屏幕亮度和周邊環(huán)境亮度的比例問題，要有合適的光比，以便吸引觀眾的注意力并保持觀看的集中度。

    ●就投影機本身的選擇，需要考慮人眼的特性，規(guī)劃合適的分辨率、亮度、對比度、色調等參數(shù)。

    要充分理解投影顯示系統(tǒng)是投影和顯示的兩元系統(tǒng)，這是與其他顯示技術不同的地方。不同的投影介質，有不同的技術需要，投影機與屏幕之間的“環(huán)境光”是需要特別注意和考慮的。

    如果播放的媒體質量不好，再好的投影系統(tǒng)也無法呈現(xiàn)好的效果，所以，必須保證媒體的質量。但值得注意的是，媒體本身也是存在質量差異的，例如采用CG（Computer Graphics）制作的數(shù)字媒體有很多的環(huán)節(jié)，如圖6所示，不同環(huán)節(jié)質量的把握就會形成不同質量的顯示效果。

    圖6 數(shù)字媒體的制作環(huán)節(jié)

    媒體質量的一部分可以用約定媒體參數(shù)來解決，比如分辨率、幀率、采樣率、灰度。盡量使用無損無壓縮的媒體文件來提高媒體質量。

    媒體播放器要保證對媒體內容無損的播放，確保不引入失真，而傳輸處理設備也要保證信號無損的傳輸，之后才是投影機對信號完美的投射。

    3.2 注意事項

    ●投影機擺位：避開運動平臺運動包絡，避免觀眾直視，變形，亮度均勻，聚焦（景深）。

    ●分辨率（觀看角分辨率：3′、2′、1′）要根據(jù)影片內容選擇。

    ●亮度選擇要在屏幕增益確定時，根據(jù)2D、3D顯示類型（見圖7）做出選擇。

    圖7 不同的顯示類型

    ●所有的投影機安裝都存在著約束，可能很復雜。

    ●必須采用投影機允許的安裝姿態(tài)。

    ●保證良好的散熱（見圖8），是投影機正常工作的先決條件。

    圖8 良好的通風、散熱環(huán)境

    ●使用堅固的支架防止漂移。

    ●保證溫度和濕度。

    ●保證潔凈、沒有腐蝕性氣體。

    ●現(xiàn)場清塵后，才可以安裝。

    ●設計時就要考慮如何安裝、維護和維修（例如設計安裝和維修馬道）。