Проекционные технологии
Обходя самые популярные LCD и DLP — технологии, стоит вспомнить и другие удивительные агрегаты, использующие CRT-проекцию. Прародители конкурирующих сейчас технологий показывали высокое качество изображения еще в конце 20 века, когда цветное телевидение только что вошло в жизнь современных людей. Ее последователи — технологии DLP и LCD давно стали противоборствовать между собой, потому что каждая из них стремится завоевать популярность и имеет свои специфические особенности.
LCD или Liquid Crystal Display основана на комбинировании зеркал и отражении света специальной лампы, а DLP или Digital Light Processing идет по другому пути, используя матрицу микроскопических зеркал.
Что это и как это работает на практике?
Управление яркостью изображения в DLP проекторах
До сих пор мы говорили об основных принципах формирования изображения в DLP проекторах, но не рассматривали принципы управления яркостью и формирования цветной картинки. Сначала поговорим об управлении яркостью.
Поскольку источник света равномерно освещает всю матрицу DMD микросхем, управление яркостью каждого пикселя, очевидно, должно осуществляться на уровне отдельной микросхемы. Это реализовано за счёт управления временем, которое микрозеркало отражает свет от источника. Короткие импульсы света интегрируются в мозгу зрителя и создают ощущение более или менее яркого пикселя (рис. 6). Такой способ управления в радиотехнике называется широтно-импульсной модуляцией (ШИМ).
Чем больше длительность жёлтых импульсов на осциллограмме, тем меньше скважность сигнала и тем больше величина напряжения Uвых (на рисунке зелёного), соответствующего яркости пикселя.
Скважностью S в радиотехнике принято называть отношение:
S = T/τ
Где: S – скважность;Т – период повторения;τ – длительность импульса.
Рис. 6. К пояснению принципа ШИМ
На практике это выглядит следующим образом:
Рис. 7. К пояснению принципа ШИМ
На фото 7 отчётливо видно, что левое изображение пересветлено.
Разрешающая способность
Этот параметр характеризует дробность видео картинки, создаваемой проектором, и определяется разрешением, т.е. физическим числом пикселей матрицы проектора.
Для формата изображения 4:3 наиболее распространёнными являются следующие форматы: VGA (640х480), SVGA (800х600), XGA (1024х780), SXGA (1280х1024), SXGA+ (1400х1050), UXGA (1600×1200), QXGA (2048×1536).
Для формата изображения 16:9, 16:10, 15:9 или близкого к ним: W XGA (1280х768 либо 1280х780), HD720 (1280х720), W VGA (864х480), W SVGA (1024х576), Full HD (1920×1080), WUXGA (1920×1200), HD 4K (4096×2400).
В каждой паре чисел первое показывает число пикселей по горизонтали, а второе – по вертикали изображения.
Надо отметить, что проекторы с разрешением VGA уже не выпускаются, и в список включены для полноты картины. Существуют и другие, менее распространённые разрешения.
Чем выше разрешение, тем меньше размеры элементов изображения и тем более качественным, фотореалистичным оно смотрится на экране. Однако, с увеличением разрешения стоимость проекторов быстро растёт. С другой стороны, относительная стоимость проекторов от поколения к поколению быстро падает, поэтому какие либо конкретные рекомендации давать сложно. Однако ясно, что если проектор планируется для домашнего кинотеатра, его разрешение должно быть Full HD. С другой стороны, разрешение 4К для этой цели является явно избыточным хотя бы потому, что на год написания этой брошюры (2014) не существовало серийных источников контента с таким разрешением. Это проекторы, рассчитанные на большие панели, и предназначены для работы от специальных мультимедийных плееров.
Напомним, что процессор проектора способен выполнять как повышающую, так и понижающую конверсию входного сигнала
Здесь стоить обратить внимание на одну тонкость. Дело в том, что не все проекторы обладают мощными и совершенными процессорами, особенно из бюджетной части модельного ряда
Поэтому иногда очень хорошие результаты может дать приобретение внешнего скейлера, чей мощный, специализированный процессор справится с задачей конверсии гораздо лучше.
Примером такого прибора является цифровой масштабатор-коммутатор VP-740 израильской фирмы Kramer Electronics (рис. 4).
Рис.4 Цифровой масштабатор-коммутатор Kramer Electronics VP-740
Технология DLP
Что из себя представляет?
Основной элемент — электромеханическая система микро размеров, создающая изображение при помощи небольших зеркал, которые располагаются в полупроводниковом чипе DMD. Каждое зеркало отвечает за изображение одного пикселя.
Данные микрозеркала отличаются высокой скоростью позиционирования, свет отражается на радиатор или линзу. За счет быстрого движения зеркал можно изменять интенсивность света, проходящего через линзу. Таким образом, создается несколько грации серого цвета.
Как работает?
Большинство проекционной техники с технологией DLP подразумевает наличие лишь одной микроэлектросхемы. Белый свет проходит через линзу и далее попадает на цветной фильтр. В результате поверхность чипа освещается одним из базовых или дополнительных цветов, например красным, пурпурным или синим. Смена положения зеркал и время, которое они проводят в каждой позиции, регулируется в зависимости от цвета. Последовательность смены цветов приводят к тому, что они перемешиваются и создают в итоге изображение, которое человек видит на экране.
Применение данной технологии позволяет получать высокую яркость картинки. В проекционном оборудовании кинотеатрального типа применяются трехматричные конфигурации.
В таких моделях поток света разделяется на три отдельных — синий, красный и зеленый. Каждый поток направлен на свою микэроэлектросхему, отраженные от их зеркал лучи уже проецируются на экран.
Вне зависимости от области использования и конструкции самого DLP проектора системы продолжаются модернизироваться, поднимая планку и для других технологий. Изначально создается мини картина, которое отражается при помощи нескольких миллионов зеркал, а затем превращается в широкоформатное изображение.
Преимущества
Поскольку зеркала (пиксели) расположены достаточно близко друг к другу, то эффект «проволочной сетки» практически отсутствует.
«Проволочная сетка» представляет собой явление, которое может проявляться как структурное изображение на LCD проекторах, которая видна невооруженным глазом в некоторых моделях. На проекторах DLP этот эффект значительно ниже, что делает изображение более точным для мелких и статичных деталей.
- DLP проекторы достигают более высокого коэффициента контрастности.
- DLP проекторы имеют тенденцию работать тише.
- DLP проекторы, как правило, меньше и легче, чем их LCD-аналоги, так как система использует только одну панель, вместо трех.
- Оптика работает таким образом, что DLP проекторы идеально подходят для пыльных или задымленных помещений, такие как клубы.
Недостатки
- Некоторые пользователи DLP проекторов могут страдать от «эффекта радуги» наблюдая короткие вспышки в виде радуги на экране, которая может проявляться на контрастных сценах белого или черного фона, но за последние годы технология значительно улучшилась и количество людей, которые замечают этот эффект существенно поубавилось.
- Несмотря на прогресс последних моделей, DLP проекторы не так хорошо справляются с передачей цвета, как технология LCD. Цвет может играть важную роль на выставках картин или фотографий.
Проекционные технологии
Обходя самые популярные LCD и DLP – технологии, стоит вспомнить и другие удивительные агрегаты, использующие CRT-проекцию. Прародители конкурирующих сейчас технологий показывали высокое качество изображения еще в конце 20 века, когда цветное телевидение только что вошло в жизнь современных людей. Ее последователи — технологии DLP и LCD давно стали противоборствовать между собой, потому что каждая из них стремится завоевать популярность и имеет свои специфические особенности.
LCD или Liquid Crystal Display основана на комбинировании зеркал и отражении света специальной лампы, а DLP или Digital Light Processing идет по другому пути, используя матрицу микроскопических зеркал.
Что это и как это работает на практике?
Удобство пользования
Очевидно, что телевизоры более удобны в использовании. Им не нужна подготовка перед включением, им не страшен окружающий свет, у них никогда не сбивается фокус, и они не требуют замены лампы. К тому же, сейчас вполне доступны телевизоры с умными функциями с доступом к огромным каталогам фильмов и сериалов и голосовым управлением. Хотя такие проекторы тоже стали появляться. Технологический прогресс ведет к производству все более компактных и удобных проекторов, включая переносные, не требующие сложной установки. Новые модели имеют такие функции, как моторизованные настройки объектива, а короткофокусные проекторы можно располагать всего лишь в нескольких сантиметрах от экрана. Но факт остается фактом: телевизор проще в установке и использовании. Хотя если вы любитель изображения 3D, вам придется пожертвовать этим удобством, так как мода на этот формат в телевизорах быстро сошла на нет.
Победитель: телевизор
Достоинства и недостатки проекторов разных типов
DLP, 3DLP
Достоинства:
— максимальная среди всех контрастность, реалистичная передача черного цвета;
— тонкая настройка цветопередачи, реалистичная картинка;
— широкий выбор моделей;
— подходит для домашнего кинотеатра, для 3D, игр;
— нетребовательность к обслуживанию, защита от пыли.
Недостатки одночиповых моделей (DLP):
— невысокая яркость;
— эффект радуги, оптические искажения;
— мерцание.
Модели с тремя чипами (3DLP) лишены недостатков бюджетных проекторов, но отличаются высокой ценой.
LCD, 3LCD
Достоинства:
— высокая яркость цвета;
— удобная настройка оптики;
— возможность использовать ряда бюджетных моделей при отсутствии затемнения;
— оптимальное соотношение цены/возможностей для презентационных и учебных проекторов.
Недостатки:
— узкий ассортимент;
— невысокая контрастность у бюджетных моделей (LCD);
— нереалистичная передача черного и серого цвета;
— боится пыли, менять фильтры должен специалист;
— артефакты изображения (вогнутость в верхней части, «гребенка», шлейфы при показе динамичных сцен).
LCOS
Достоинства:
— показатель максимально доступного разрешения выше по сравнению с LCD и DLP;
— в отличие от LCD отсутствует эффект «гребенки», лучше контрастность, реалистичнее передается черный, меньше время отклика матрицы;
— в отличие от DLP, нет мерцания;
— превосходит LCD и DLP по коэффициенту заполнения (соотношению рабочей и общей площади матрицы);
— наличие охлаждающей подложки позволяет создавать надежные, устойчивые к нагрузкам устройства высокой мощности для инсталляций.
Недостатки:
— небольшой ассортимент моделей из-за монополизации технологии;
— проекторы выпускаются только в профессиональном и HiEnd сегментах;
— высокая цена при сравнимых характеристиках с 3DLP и 3LCD.
3LED
Достоинства:
— источник света с огромным рабочим ресурсом;
— отсутствуют артефакты, эффект радуги, мерцание;
— по контрастности превосходит 3LCD;
— надежность.
Недостатки:
— относительно невысокая яркость;
— уровень шума при работе 30-45 дБ;
— узкий ассортимент;
— высокая стоимость моделей с улучшенными показателями яркости.
LCoS или другие?
В LCoS пытались объединить достоинства 3LCD и DLP, одновременно избавившись от их недостатков. Но есть один нюанс – в сегменте High-End-проекторов для домашних кинотеатров, которые не могут быть недорогими, разницыв цене и качестве междуLCoS, 3LCD иDLPможно и не заметить. В дорогом оборудовании слабые места технологий нейтрализованы недешёвыми доработками. 3LCD решает проблему контрастности технологией C2fine, а зазор между пикселями уменьшается с помощью массива микролинз. DLP улучшает показатели простым увеличением числа матриц до трёх. Поэтому в этом сегменте лучше отталкиваться от преимуществ конкретной модели, а не от технологий.
Проекционные технологии
Обходя самые популярные LCD и DLP – технологии, стоит вспомнить и другие удивительные агрегаты, использующие CRT-проекцию. Прародители конкурирующих сейчас технологий показывали высокое качество изображения еще в конце 20 века, когда цветное телевидение только что вошло в жизнь современных людей. Ее последователи — технологии DLP и LCD давно стали противоборствовать между собой, потому что каждая из них стремится завоевать популярность и имеет свои специфические особенности.
LCD или Liquid Crystal Display основана на комбинировании зеркал и отражении света специальной лампы, а DLP или Digital Light Processing идет по другому пути, используя матрицу микроскопических зеркал.
Что это и как это работает на практике?
Плюсы и минусы проекторов
Проекторы предлагают большую диагональ экрана, что является весомым аргументом в пользу покупки данного устройства. Можно довести информацию до большего количества людей. Все зависит лишь от предпочтений и размера помещения. Чем больше изображение, тем ярче впечатления. Если на мониторе могут быть черные полосы из-за разных форматов видео, то с проектором таких проблем не будет. В нем легко настроить экран под любой формат. В устройство цифровых проекторов нередко включают поддержку 3D-картинки без потери качества. Если создать подходящую обстановку, затемнив помещение, можно получить изображение лучше, нежели в LED-мониторе.
Недостатки тоже имеются. Самый дорогой элемент проектора – это лампа, и она приходит в негодность примерно раз в 4 года. Ее замена повлечет за собой немалые финансовые затраты. Проектор из-за активного охлаждения лампы ощутимо шумит. При просмотре видео или слайд-шоу приходится терпеть звук работающих вентиляторов.
DLP-проекторы
Если речь заходит о DLP-аппаратах
, практически всегда имеются в видуодноматричные проекторы. Они составляют подавляющее большинство наименований, производимых и реализуемых на рынке. Суть технологии зашифрована в самом названии: матрица такого типа – это DMD-чип. Аббревиатура расшифровывается и переводится как«цифровое микрозеркальное устройство». То есть идея – виспользовании сотен тысяч, тысячей тысяч микрозеркал . Принцип работы схож с бинарной системой: зеркальца способны закрепляться только в двух позициях, как нули и единицы.
Каждое из миллионов зеркал может либо отсылать исходящий от лампы свет на экран (на нём формируется белая точка), либо отражать его в светопоглотитель (соответственно, на экране отображается чёрная точка) При сверхскоростном переходе
от воспроизведения чёрного к белому достигается получение серого разной насыщенности Чем больше зеркал установлено в матрице, тем выше разрешение. Простая арифметика показывает, что в FullHD.DMD-чипе их более 2 млн. Уже упоминалось, что одноматричное устройство единовременно воспроизводит лишь один цветовой компонент Лампа источает только белый цвет, остальные получаются после прохождения через колесо со цветофильтрами:
От того, насколько быстро способно вращаться цветовое колесо, зависит, насколько может быть выражен «эффект радуги», которым страдают бюджетные модели.
Цветовое колесо содержит разноцветные секторы: красный, зелёный, синий. Иногда они дублируются: в RGBRGB-фильтре все встречаются по два раза на один оборот. Для увеличения цветовой гаммы добавляются другие цвета. Например, RGBCMY-колесо помимо трёх основных содержит: C – Cian, M–Magenta, Y–Yellow. Вот так оно выглядит:
На следующем изображении четверть всего круга занимает прозрачный сегмент
. Модели с таким дополнением обладают лучшей чёрно-белой яркостью, т. к. этот сектор не задерживает белый свет.
Подход разрешает вопрос о низкой производительности
проекторов с одной матрицей без замены лампы на вариант с высокой мощностью. Лучше всего модели с такими цветовыми колёсами подойдут для офисных условий, где требуется выводить читаемый чёрно-белый текст. Но есть большой недостаток: остальные цвета при наибольшей яркости становятся тёмными, ненасыщенными. Поэтому способ с добавлением прозрачного сегмента считается популярным, но не универсальным.
Общее же главное преимущество одноматричных проекторов с DMD-чипами – то, что система с применением зеркал отлично справляется с разграничением белого счерным, за счёт чего достигается высокая контрастность, особенно качество «глубокого» чёрного. Проблемы же DLP-проекторов (в частных случаях) в «зашумлении» изображения – оно проявляется из-за переключения зеркал.
ТрёхматричныеDLP
лишены недостатков одноматричныхDLP: здесь не будет ни слабой энергоэффективности, ни шумов, ни «эффекта радуги». Но за это придётся хорошо заплатить: такое оборудование дорого, поэтому его применяют в представительских целях в выставочных залах, хороших домашних кинотеатрах.
Как получается цвет в DLP проекторах
Первые DLP проекторы имели одну матрицу DMD микросхем, поэтому для получения цветного изображения приходилось использовать схему (рис. 8) с цветовым колесом (рис. 9). Колесо состояло из нескольких цветовых сегментных фильтров и вращалось с большой скоростью (до 10 тыс. об/мин). Такое техническое решение обеспечивало приемлемую цветопередачу, однако создавало много проблем. Во-первых, возникал т.н. эффект радуги, в результате которого изображение на экране «разваливалось» (рис. 10). Правда, наблюдали этот эффект не все люди. В «железе» одноматричный DLP проектор выглядит, как показано на рис. 11.
Вторая проблема заключалась в том, что не все цвета воспроизводились одинаково хорошо, особенно большие проблемы возникали с голубыми и жёлтыми оттенками. Производители по-разному боролись с этой проблемой, например, увеличивая количество цветных секторов в колесе, меняя их ширину и алгоритм работы процессора. Всё это позволяло, как правило, улучшить воспроизведение одних цветов за счёт других. Кроме того, увеличение сегментов цветового колеса влекло за собой увеличение количества границ между сегментами, т.н. «спиц». При большой скорости вращения колеса спицы загораживали источник от объектива заметное время, и изображение получалось тусклым.
Некоторые производители предоставляли пользователям возможность выбрать тип цветового колеса в зависимости от изображений, которые должен был воспроизводить проектор.
Рис. 8. Оптическая схема одноматричного DLP проектора с цветовым колесом
Рис. 9. Цветовое колесо
Рис. 10. Эффект радуги у одноматричного DLP проектора
Рис. 11. Одноматричный DLP проектор со снятым кожухом
Но всё это были полумеры, не решавшие органичные проблемы одноматричных DLP проекторов. И только переход к трёхматричной оптической схеме (рис. 12) позволил преодолеть эти проблемы. Как видно, эта оптическая схема не требует цветового колеса, а вместе с ним исчезают и все органические недостатки одноматричной схемы проекторов. Вместе с тем, за качество изображения приходится платить высокой сложностью оптического блока (рис. 13) и высокой ценой проектора.
Рис. 12. Трёхматричная оптическая схема DLP проектора
Рис. 13. Оптический блок трёхматричного DLP проектора
Для примера рассмотрим DLP проектор HDX-W14 компании Barco, построенный на трёх 0,96 дюймовых DMD матрицах (рис. 14).
Рис. 14. Проектор HDX-W14 компании Barco
Проектор обладает следующими основными техническими характеристиками:
- Разрешение 1920 x 1200 (WUXGA);
- Светоотдача 13000 ANSI-люмен;
- Контрастность 1850:1 (стандартный режим) и 2400:1 (режим высокой контрастности).
Сдвиг оптической линзы:
- По вертикали: от -10% до +110%;
- По горизонтали: от -30% до +30% на трансфокаторе (с памятью).
- Ксеноновая лампа мощностью 2,5 кВт;
- Срок эксплуатации лампы 1750 часов;
- Ориентация: Стол — потолок — сторона (книжная) — вертикальная;
- Входы DVI-I (HDCP, включая аналоговый сигнал RGB YUV), SDI/HDSDI/двойной HDSDI/3G/BarcoLink;
- Контроль – проводной XLR, ИК, RS-232, вход/выход DMX512, встроенный веб-обозреватель, Projection Toolset;
- Дополнительное управление по Wi-Fi и GSM/мобильному телефону;
- Соединение сети 10/100 Мбит/с Ethernet (на RJ45), Wi-Fi;
- Энергопотребление 2600 Вт;
- Уровень шума (при 25 °C) 50 дБ(A);
- Габариты (WxLxH) 475 x 725 x 382 мм;
- Вес 50 кг.
Поскольку компания Barco de facto является одним из лидеров рынка профессиональных DLP проекторов большой мощности, а серия проекторов HDX удостоена награды InAVation за самый инновационный коммерческий проектор, то на эти характеристики следует ориентироваться интеграторам при выборе проектора для решения своих задач.
1 DARPA –Defense Advanced Research Projects Agency (англ) – Агентство передовых оборонных исследовательских проектов.2 ANSI (American National Standards Institute, англ.) – Американский национальный институт стандартов.
Преимущества и недостатки
Как и стандартные стереолитографические устройства, DLP-принтеры имеют высокие показатели точности печати – минимальная толщина слоя может достигать 15 микрон с использованием существующих установок. Минимальная толщина слоя, наносимого более доступными FDM- принтерами, как правило, составляет не менее 50 микрон. Практически же, разрешение находится в обратной зависимости от скорости наслоения – технология позволяет достигать и более высоких показателей точности ценой снижения скорости печати. Расходные материалы, а именно фотополимерные смолы, имеют высокий диапазон механических характеристик: возможны имитаторы в диапазоне от твердых пластиков до резины. Как правило, печать осуществляется материалом одного цвета, но ограничений палитры не существует. Основным недостатком метода DLP, как и SLA, является относительно высокая стоимость расходных материалов – порядка $80-160 за один литр жидкого полимера. Для сравнения, килограмм пластиковой нити для FDM печати можно приобрести за $35. В итоге, пользователь должен найти правильный баланс между качеством и себестоимостью печати.
Заключение
Выбирая, какие цифровые устройства подойдут больше для бизнеса и удовлетворят ожидания зрителей — DLP или LCD цифровые проекторы, учитывают эксплуатационные параметры, надежность и функциональность системы.
Для воспроизведения изображения на широкоформатном экране в кинотеатре, трансляции видео и презентаций подойдет проектор с ДЛП технологией. Для домашнего просмотра также больше подойдет DLP проектор. Он отличается высокими характеристиками цветности, контраста, стабильностью изображения. Цифровые портативные DLP устройства зарекомендовали себя надежными и качественными современными проекционными приборами. Для трансляции с точной цветопередачей и для экономного использования электроэнергии выбирают LCD проекторы.
