先进制造新技术综述【投影机新技术综述】

　　摘要：投影机是高新科技发展的产物。本文介绍了近年来投影机上使用的新技术，包括投影机的核心显示技术，如亮度、色彩、对比度控制技术、个性化使用技术以及安全防护技术，为投影机产品的选购提供技术参考。
　　关键词：投影机；核心显示技术；色彩控制
　　中图分类号：TNT949.199文献标识码：A
　　
　　Summarizing the New Technology of Projector
　　SHAO Ji-you
　　(The Center of Modern Educational Technique, Yancheng Teachers College,
　　Jiangsu Yancheng 224002，China)
　　
　　Abstract: The projector is produced with the development of high and new technologies. This paper described the new basic technology of projector recently, including the core projector display technology, brightness, color, contrast control technology, personalized -using technology and safety protection technology, in order to provide the technical reference for the purchaser.
　　Keywords: projector；core display technology; color controlling
　　
　　随着教育信息化进程的加快，各级各类学校加大教育经费的投入，投影机作为必备的教学设备，其市场需求日益增加；同时，各种商务演示活动的迅速开展，以及经济型投影机以低廉的价格进入家用市场，使投影机市场潜力在不断地扩大。为在激烈的市场竞争中站稳脚跟，各投影机生产厂商在技术上加大创新力度，突出自身的优势特点，一方面有效地避免产品的同质化；另一方面使产品更具针对性，满足不同应用人群的需求，从而使产品更好地销售并占有更多的市场份额，也有效地促进了投影机市场的繁荣和发展。
　　
　　1投影机核心显示技术
　　
　　目前投影行业核心显示技术主要有：LCD、DLP、Laser、SXRD、LCOS和GLV等技术。液晶（liquid crystal display，LCD）投影技术、数字光显（digital lighting process，DLP）投影技术是目前投影机使用的两大主流核心显示技术。LCD投影机通过液晶芯片进行透射显示，有单片机和三片机之分，早期为单LCD液晶芯片，目前大多数都已经发展成3LCD液晶芯片。DLP投影机是利用光的反射原理显示，从DLP投影机结构来看，核心成像器件包括光源、色轮、数字微反射器件（digital micromirror device，DMD）芯片及高解析透视镜等，灯泡发出白光，透过色轮并被分解为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棱镜，进入投影机镜头并在屏幕上重现图像。一般来说，DLP投影机性能指标、价格均高于LCD投影机，其产品也有三片机和单片机之分，目前大部分DLP投影机都是单DMD芯片的，而3DMD芯片的DLP投影机由于价格高昂，基本不普及，有些用于高端数字影院。
　　Laser激光显示技术的原理是通过显示元件直接将激光投射到屏幕或墙上，没有LCD的液晶板老化问题，也没有DLP的色轮问题，而且可以独立做到像火柴盒那么小，内置于手机、PDA、游戏机，甚至是车载设备等，具有广阔的应用前景。
　　硅晶反射显示（silicon X-tal reflective display，sXRD）、硅基液晶（liquid crystal on silicon， LCOS）和GLV（Grating Light Valve）是影院级显示技术，它们最大的共同点是分辨率和对比度都很高，更多的是适合高端数字应用，如数字电影院的组建等[1]。
　　
　　2投影机的强光感应技术（daylight view，DLV）
　　
　　早期的投影机由于灯泡亮度不高，与室内光线不能形成较高的亮度比，无法在室内正常光线下显示高质量的画面，因而很大程度上限制了其使范围。如何解决这个问题呢？一是在光源上下功夫，提高光源的亮度，现在很多投影机标称亮度已经达到或超过3，000ANSI流明。由于高亮度导致散热量大，往往会影响液晶片的使用寿命，因此必须改进相应的散热装置；另一方面，运用DLV强光感应技术，现在已经发展到了第2代，即DLV2。在强光感应技术的支持下，明亮环境下投影的画面质量等同甚至优于先前超出其500lm亮度的投影机，投影视觉效果亮度感提高1.5倍，而且图像色彩饱满。
　　DLV工作过程是：投影机顶部有一个环境光线传感器（ALS），可自动感应室内光线强弱，从而提高投影机在明亮房间里对色彩的感应度，并把因明亮环境而减弱的颜色分为6种基础色（红、绿、蓝、黄、青、紫红）分别加以精确地控制，适时根据房间的光线自动识别并自动调整到最佳状态，保证强光下显示的画面质量和计算机上的画面质量相差无几，而且调整过程极快，不留痕迹。DLV2是在DLV基础上开发的第二代强光感应技术，能投射出更清晰、鲜亮的图像，即使在明亮灯光的房间中也清晰可见，观看亮度可增加1.5倍。投影机产品用Daylight View和Daylight View2表示所用强光感应技术的类型。
　　
　　3投影机的色彩还原技术
　　
　　色彩还原的能力，是衡量投影机优秀与否的重要标准。LCD投影机与DLP投影机相比其优势在于色彩还原。由于DLP投影大都采用单片DMD方式，需要采用色轮来完成对色彩的分离和处理，单片DMD投影机色轮在同一时间内一次只能处理一种颜色，因此会带来部分亮度损失，同时，由于不同颜色光的光谱波长的固有特性存在着差别，因而会产生不同的色彩还原，画面色彩往往表现出红色不够鲜艳的特点。三片DMD和3LCD采用分色棱镜，无需分色轮。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DLP投影机厂家在产品设计中必须着重考虑的问题，而其中一个最重要的因素，就是色轮技术的设计解决方案。典型的有黄金色轮、旋彩轮和双色轮技术三种。
　　
　　3.1黄金色轮
　　作为全球三大DLP投影机制造原厂之一，明基率先于2004年推出第Ⅰ代黄金色轮技术，到现在已经发展成第Ⅱ代、第Ⅲ代。
　　明基的第Ⅰ代黄金色轮技术，是在传统四节点色轮(RGBW)中，加入比例正确、精准的黄色，构成五节点色轮(RGBWY)，在不降低亮度的前提下，大幅改善色彩还原表现，特别是能将一般投影机最难表现的肤色、草绿色、金属色做比较忠实的呈现，因媲美于黄金分割而被誉为“黄金色轮”。
　　2005年，明基推出第Ⅱ代黄金色轮技术，运用更为领先的色轮涂布技术对色轮五个色段的比例进行了更为精准的调整，增加全域色彩的表现范围。同时，依据多年来在最佳γ值调校技术领域积累的经验，研发出Notebook模式(演示模式)和通过国际认证的sRGB模式(照片模式)，一改DLP投影机色彩软肋，令投射出的色彩更符合市场主流笔记本所采用的液晶显示色彩标准。
　　2006年，第Ⅲ代黄金色轮技术诞生，它糅合明基最新的软硬件技术，能获取比第Ⅱ代更宽广的色域与丰富的色阶，除了色彩还原能力得到更大提升之外，其图像处理能力更比一般色轮技术提高4倍，呈现饱和亮丽的色彩与细腻的画面。
　　第Ⅲ代黄金色轮技术与第Ⅱ代最大的差别在于色彩管理、影像处理、色轮涂布三项技术的提升。它包括三维色彩管理技术(3D color management)，先进色轮涂布技术(advanced colorwheel coating techn－ology )，10位图像处理技术(10-bit image proces－sing )，在色彩还原和图像处理方面有了质的飞跃。
　　三维色彩管理技术：从工程光学上来讲，颜色有三种表现特征，即色调、饱和度和亮度。色调是区分不同色彩的特征，饱和度表示颜色接近光谱色的程度，亮度表示颜色明亮程度。三维色彩管理技术，不仅可以精准地确定色调与饱和度，同时还可以提升画面的亮度。一般的色彩管理方法是二维的，对于同一色调的颜色，其饱和度与亮度往往不可兼得，在保证亮度的情况下，饱和度很难提升。利用明基的三维色彩管理技术，即对各种颜色的管理，在不影响饱和度的情况下，可以提升亮度，从而得到更加亮丽、真实的色彩。
　　先进色轮涂布技术的色域主要由色轮涂布决定，明基第Ⅲ代黄金色轮技术采用了最新的先进色轮涂布技术(A.C.C.T.)，扩大了整个色域，与第Ⅱ代相比，在不需要牺牲亮度的情况下，能带来比第Ⅱ代sRGB模式(照片模式)更佳的色彩饱和度。
　　10位图像处理技术：R、G、B每种颜色的色彩位数为10bit，即210，能准确的呈现10亿7千万种色彩，而一般的图像处理是8位的(28=256)，其总色彩数量为：256×256×256=1.68×107。灰阶与色阶从256提高至1,024级，投影机能进行更细微的Gamma调整，色彩表现更加圆滑、细致，图像更加亮丽、逼真[2]。
　　
　　3.2旋彩轮技术及NCE技术
　　“投影机看的就是画面，就是色彩”。东芝采用旋彩轮技术、NCE技术，努力把投影机的色彩表现发挥到极致，演绎输出艳丽逼真的图像画质。
　　东芝将五段式色轮（RGBYW）命名为旋彩轮。东芝旋彩轮技术一方面增加了黄色色段，光的利用率更高，大大提升了色彩的饱和度，画面更加鲜艳柔和；另一方面微镜倾斜角度进行了调整，反射效率更高，微镜下增加了黑色金属层（DM3）吸收反射光，图像对比度更高，配合"调色板技术"的亮色分离、智能补偿、逐行扫描等功能，可以自动消除投影中的彩色串扰、色彩不均，图像发白等现象。
　　自然色彩增益（natural color enhancer，NCE）是针对提升图像画质而推出的，包括硬件电路和软件系统，确保与输入源信号一致，在确保亮度的同时，使投影画面色彩更加真实自然，完美艳丽。2006年，东芝投影机就提出了“色彩的力量”的口号，并推出了NCEII技术，通过对色彩的修正和补偿，显著提升色域覆盖率，尤其大大提升黄色的色调及色彩饱和度，真实再现输入源信号，进一步全面提升画质效果，演示输出更纯正自然的投影影像，通过对红色和绿色色坐标的调整，使色域的覆盖率大大提升[3]。
　　
　　3.3双色轮技术
　　双色轮技术是惠普公司的专利技术，采用两个色轮，用户可以自行选择使用哪一个色轮进行投影工作。当使用四色段色轮时，可以提供清晰亮丽的演示效果；当使用六色段色轮时，可以提供影院级效果的色彩表现水平。但双色轮技术实现成本过高，只能让用户在一台投影机上对亮度和色彩进行取舍，并不能真正做到亮度与色彩兼得。
　　
　　4 投影机的对比度控制――光圈连动技术
　　
　　对比度是投影机所投影出的画面最亮与最暗区域之比，主要体现在灰度层次和色彩层次上。一般来说对比度越大，图像越清晰醒目，色彩也越鲜明艳丽。相反对比度越小，会使整个画面有“灰蒙蒙”的感觉，高对比度是投影机发展的趋势之一，不过与DLP投影机相比，LCD产品虽占尽色彩优势，但对比度一直较低，新场景亮度连动调整光圈“ADVANCED IRIS”在明亮场景时光圈打开，黑暗场景时光圈关闭，能够提高动态对比度和提升黑色表现力。
　　
　　5摄影机的人性化使用技术
　　
　　5.1无线投影技术
　　无线投影是指投影机通过标准的无线传输协议与局域网相连，从而实现在局域网内管理、控制、故障诊断等等。与无线投影机处于同一局域网内的电脑通过授权可以对投影机实现操作。
　　目前无线网络投影机主要有以下三种方式：一是内置无线网卡和简单的智能控制系统，通过安装在计算机上的专用无线网络管理软件来管理无线网络，完成无线网络投影；二是采用专门的外置无线投影模块，使没有网络功能的投影机产品实现无线网络功能；三是投影机中除了内置无线网卡外，还配备了一个功能相对比较完善的计算机系统，计算机无需专门的管理软件可直接使用Web浏览器访问投影机。
　　当前大多数无线网络投影具有无PC演示、支持USB存储器、PC存储卡的功能，可以实现无PC应用方案。在无线局域网络中，投影机可以实现与电脑一对一，多对一，以及一对多的连接投影功能[4] 。
　　
　　5.2智能投影技术
　　智能投影机可分为两大类。一是带读卡器的智能投影机，二是网络智能投影机，两者除了可以脱离PC机自行工作外，后者还可以直接进行互联网投影。和PC相连同样也可以智能。智能投影能够自动完成打开镜头盖、寻找信号、调整像素、抬高投影角度、聚焦、梯形矫正等多种功能，使用者只需连接电脑或其它信号源，连接投影机电源，按下投影机开关，此后剩下的工作就全都交给投影机来完成了。
　　
　　5.3实时聚焦和直接关机技术
　　实时聚焦功能借助于投影机前端的测距传感器以及快速的处理芯片和灵敏精确的驱动马达，用户可以随时改变投影机与屏幕间的距离，无需任何人工调整和操作，投影机便会快速自动聚焦。
　　直接关机技术的标称关机冷却时间仅为10s，用户可在关机后即刻拔电而不影响机器及部件的使用寿命。断电自我保护功能也与直接关机功能相关，即机器在演示过程中不会因为断电而受到损害。
　　
　　5.4数码摄像投影技术
　　为了满足进行实物投影的需要,很多投影机推出了数码摄像投影功能，如东芝移动数码摄像投影机拥有81万像素的数码摄像功能，其高清晰的彩色投影，能满足从教学到商业展示等不同用户的各种层次的需求。同时，还可实现手写信号和计算机信号叠加的投影显示，操作者可以边演示边做标注，从而真正实现投影机的人性化使用。
　　
　　5.5整合功能技术
　　整合功能技术从整体来看是以多媒体功能整合技术为主体，包括了内置DVD驱动器、扬声器等，使投影机的功能更加丰富多样，应用性上得到了最为全面的补充和完善。而且在接口上也更有针对性，对于数字、高清以及光纤输出接口等考虑得比较周全。
　　
　　6安全防护技术
　　
　　目前很多投影机厂商都推出了投影机的保护技术，大体分为两类，一是预留锁孔，可加装防盗锁，将投影机捆绑锁定起来；二是设置密码，有启动保护密码、用户标识保护密码和定时保护密码三种类型，用户可将学校或者公司的名称、地址作为启动屏幕时的身份识别，别人无法删除；同时通过内部集成的一个特殊功能，用户还可将仪器在工作状态下数小时后自动“关闭”，且只有在输入正确的密码后才能重新启用投影机，非法用户则无法使用。
　　总之，科技的发展促进了投影机的不断更新和功能的不断完善，使投影机具有较高的性能指标、较长的使用寿命和较人性化的使用设计。有理由相信，低价位、高质量、经久耐用的投影机将成为教育、商业、家庭等领域的重要图像显示工具。
　　
　　参考文献：
　　[1]黎冀湘.投影机最新技术及其趋势[J].新电脑,2006,(1)：52-57.
　　[2]第三媒体.搭载“黄金色轮”教育专业投影机新突破[EB/OL].https://www.省略/pc/ -200506/20050624131075.shtm，2005-6-24.
　　[3]IT168小天.投影新技术及投影机回顾[EB/OL]. https://publish.省略/2006/0110/ 20060110 0-06701.shtml，2006-01-10.
　　[4]爱普生公司.投影机连接方式的变革[J].新电脑,2007,(10)：68.
　　[5]韩景福. 投影光学十年回顾与展望[J]. 现代显示，2007, (6)：6-9.
　　[6]叶关荣. 投影机屏幕图像及关键光学部件的检测[J]. 现代显示，2007, (6)：20-26.
　　[7]王雷章. 投影光学与电子学相结合――大屏幕微显背投电视系统信号处理电路设计[J]. 现代显示，2007, (6): 10-14.省略。