5. Принципы и элементы проекторов мультимедиа

Современные системы проекторов, получая сигнал (в аналого­вой или в цифровой форме) из источника данных (компьютера, ви­деомагнитофона, DVD и т. д.), преобразуют его в изображение, про­ектируемое на экран. Обработка сигнала происходит в двух связан­ных компонентах проектора  видеодекодере и модуляторе света. Первый преобразует аналоговые сигналы в цифровую форму через посредство ЦАП (ADC) преобразователя сигнала. Модулятор света состоит из устройства расщепления света или цветового колеса и оптики проектирования.

В дополнение к классификации УОИ в целом (см. табл. 4.2, 4.3), в соответствии с которой проекторы в основном относятся к категории АМВ (раздельные активатор, модулятор и экран), технологии проекторов различаются также в том, каков именно точный путь, по которому цифровые сигналы преобразуются в изображение для вы­вода на экран. Это зависит от типа проектора  просветный проектор пропускает свет через формирующий изображение эле­мент, в отражательном  свет отражается от формирующего элемента, а также спецификой используемой технологии (табл. 6.1). В большинстве конструкций проектора в качестве активатора высту­пает осветитель (лампа).

Источники света

Ламповые проекторы  самые распространенные, но есть и другие, например проекционные аппараты на основе электрон­но-лучевой трубки. В мультимедиапроекторах используются газо­разрядные лампы, поскольку в них разряд, создающий свечение, проходит от электрода к электроду в атмосфере инертного газа и па­ров металлов (рис. 6.10).

Различают галогенные, металло-галидные и ксеноновые дуговые лампы. Галогенные лампы используются в проекторах небольшой мощности и имеют срок службы 50100 ч (падение яркости на 50% за счет запыления внутренней поверхности стекла лампы). Металло-галидные лампы используются в проекторах средней и высокой мощности. Характерный срок службы ламп составляет 10002000 ч. За 200 ч яркость падает на 5%, за 1000  на20 %. В наиболее мощ­ных проекторах используются ксеноновые дуговые лампы, имею­щие ресурс более 1000 ч и дающие наиболее естественный цвет.

Для формирования светового потока используются параболиче­ский рефлектор и коллиматор (конденсор). В итоге на модулятор направляется параллельный пучок света (рис. 6.11, а).

Модулятор

Модулятор определяет важнейшие параметры проектора, такие как разрешающая способность, число градаций яркости, быстродей­ствие и пр. Рассмотрим вкратце основные типы модуляторов.

Наиболее распространенным типом модулятора для проекторов является жидкокристаллическая матрица. Принцип действия ЖК заключается в модуляции проходящего через ЖК света за счет изме­нения ориентации или других свойств ЖК (рис. 6.11, б). Характер­ные размеры ЖК-матрицы для проекционных систем составляют от 20 до 150 мм по диагонали. Информационная емкость лежит в пре­делах от 640×480 до 1280×1024 и более элементов изображения. Существует две разновидности ЖК-матриц: на базе аморфного и поликристаллического кремния. Для повышения быстродействия и улучшения электрических характеристик для управления ЖК-мат-рицами используют тонкопленочные транзисторы (TFT  Thin Film Transistor).

В последние годы появилось несколько новых типов модулято­ров. Так, на смену ILA (Image Light Amplifier  усилитель яркости изображения), ЖК-матрицам с фотоэлектронным слоем появились разработанные фирмами JVC и Hughes D-ILA матрицы (Direct Drive Image Light Amplifier  электрически управляемый усилитель ярко­сти изображения). D-ILA матрица работает на отражение, для этого в ней используются зеркальные катоды.

Также распространен ряд так называемых MEMS (micro electromechanical system  микроэлектромеханические системы)  матриц, основанных на электрически управляемом изменении угла наклона или формы микрозеркал. Такие системы имеют очень вы­сокое быстродействие (время переключения микрозеркала около 20 нс).

Наибольшую популярность имеют DMD-матрицы (Digital Mirror Device  микрозеркальное устройство), разработанные фирмой Texas Instrument. Верхняя поверхность микросхемы  прозрачное стекло, под которым расположен зеркальный рабочий слой. Совре­менный чип состоит примерно из миллиона микрозеркал размером 14 × 14мкм каждое, зазор между зеркалами  1 мкм (см. рис. 6.11, в). Каждое зеркало может находиться только в двух положениях: вклю­чено и выключено (соответственно +12° и -12° к вертикали). DMD-матрицы имеют очень большой срок службы, не менее 30 лет непрерывной работы. Несомненное преимущество микрозеркальная технология имеет при создании стационарных сверхъярких проекто­ров, прежде всего за счет высокой теплоустойчивости микрозеркаль­ных чипов. Проекторы, использующие микросхемы DMD, на Западе называют DLP-projectors (Digital Light Processing Projectors), а в Рос­сии  микрозеркальными проекторами.

Еще одной разновидностью MEMS являются ТМА-матрицы (Thin film Micromirror Array  массив тонкопленочных микрозеркал), разработанные фирмой Daewoo. TMA отличаются от DMD тем, что в них отклонение зеркал производится не электростатиче­ским, а пьезоэлектрическим способом. Характерный размер микро­зеркала  97×97 мкм, зазор 3 мкм. Достоинством ТМА-матриц яв­ляется возможность получения полутонов в пределах одного обра­щения к ячейке.

К другому типу MEMS-устройств относятся GLV-матрицы (Grating Light Valve  микромеханическая фазовая решетка). На рис. 6.11, г показан внешний вид и принцип действия такой мат­рицы.

Экран

В большинстве проекторов пользователь наблюдает изображе­ние, которое проецируется на экран. Следовательно, целый ряд важных параметров изображения, таких как яркость, контраст, диа­грамма направленности и пр., либо определяются, либо существен­но зависят от оптических свойств экрана.

В проекционных системах информационная емкость изображе­ния определяется модуляторной матрицей. Обычно используется ряд стандартных значений информационной емкости (640 × 480, 800 × 600, 1024 × 768, 1280 × 1024). В то же время размер пикселя за­висит от размера экрана. Например, для экрана размером 6,4 × 4,8 м и информационной емкости изображения 640x480 размер пикселя составит 10 × 10 мм, а для экрана 3,2 × 2,4 м  5 × 5 мм.

Основной функцией экрана является рассеивание поступающе­го светового потока. Это рассеивание может осуществляться при от­ражении или при пропускании света. Соответственно существуют два типа экранов: фронтальной проекции, работающие на отраже­ние (рис. 6.12, а), и для рир-проекции (rear-projection, тыльной про­екции), работающие на пропускание (рис. 6.12, б).

Такие параметры, как диаграмма направленности и коэффици­ент усиления экранов, связаны друг с другом. Поскольку экран не может физически усиливать поступающий на него свет, то речь идет только о перераспределении мощности в пространстве. Распределе­ние светового потока в пространстве характеризует диаграмма на­правленности экрана.

В простейшем случае экран имеет равномерное распределение света в пределах 180 град, (диффузное рассеяние). При этом коэф­фициент усиления экрана, определяемый как отношение светового потока на нормали экрана к среднему световому потоку, равен единице. Поверхность таких экранов покрывается специальными веще­ствами с большой диффузией (например, углекислый магний MgCO₃). Используя комбинированные покрытия из высокодиффуз­ных и отражающих веществ (например, диоксид титана ТiO₂), мож­но в определенной мере формировать диаграмму направленности и коэффициент усиления. Для рир-проекционных экранов использу­ются полупрозрачные пленки, стекла с нанесенными пленочными покрытиями. Формирование диаграммы направленности в итоге служит для повышения яркости изображения на экране.

Для формирования диаграммы направленности с различными коэффициентами усиления в вертикальном и горизонтальном на­правлениях используются экраны с профилированной поверхно­стью, экраны, покрытые микроскопическими стеклянными шари­ками диаметром в несколько десятков мкм (рис. 6.12, в), экраны с лентикулярными (цилиндрическими) линзами (рис. 6.12, г) и т. д.

При использовании в экранах методов оптического формирова­ния диаграммы направленности могут быть получены достаточно узкие диаграммы с большим коэффициентом усиления (20 и более). В самых совершенных экранах дополнительно к лентикулярным линзам применяются линзы Френеля, позволяющие не только фор­мировать заданные диаграммы направленности, но и частично кор­ректировать неравномерность яркости на краях экрана.

Основные конструкции проекторов

Технология электронно-лучевой трубки. Проектор на электрон­но-лучевой трубке работает почти таким же способом, как обычное телевидение  видеообраз формируется в трех ЭЛТ, каждая из ко­торых производит один из первичных цветов. Цветовые компонен­ты изображения объединяются на экране, образуя один цветной образ.

Обычные ЭЛТ имеют средний срок службы около 10 000 час, причем типичными причинами выхода из строя являются: выгора­ние люминофоров на экране, ослабление вакуума, потеря эмиссии излучателем электронов (катодом). Поскольку интенсивность экс­плуатации проекционной трубки гораздо выше, здесь эти факторы начинают сказываться в районе 1000 час эксплуатации.

Поскольку ЭЛТ  аналоговые устройства и не имеют заранее предопределенного числа пикселей (естественное разрешение, native resolution цифровых дисплеев), они обладают большей уни­версальностью и незаменимы, когда возникает необходимость пока­за изображений из источников с широким диапазоном значений разрешающей способности.

Изображения, которые они воспроизводят, отличают превосход­ный цветовой баланс, контраст и особенно хорошее воспроизводст­во уровней черного цвета и полутонов.

Однако они являются громоздкими, дорогими и сложными в настройке, типично имеют более низкую среднюю яркость, чем лю­бой другой тип проектора и требуют затемненного помещения для оптимальной работы. Будучи аналоговыми устройствами, они долж­ны периодически настраиваться. Как следствие, их использование все более и более ограничивается стационарным размещением в больших помещениях для проведения презентаций.

На рис. 6.13, б приведена базовая схема построения системы с обратной проекцией на основе проекционных кинескопов. Источ­ником изображения служат три проекционных кинескопа (трубки) первичных цветов с размером экрана от 3 до 7". Так как в проекци­онных монохромных кинескопах нет теневой маски и используются очень высокие значения анодного напряжения (3035 кВ), удается обеспечить очень высокую яркость их свечения (свыше 10 тыс. нит), достаточную для разворачивания изображения на экраны

вплоть до 70°. Для обеспечения высокой четкости изображения на экране телевизора и уменьшения фокусного расстояния проекцион­ного объектива используется специальная асферическая оптика в объективе, а для уменьшения размеров корпуса проектора  систе­ма отражательных зеркал. Отраженные от зеркала световые лучи проецируются на экран проектора.

Технология ЖКД (LCD). Поскольку ЖКД-панели проекторов слишком малы, чтобы можно было наносить на них цветовые фильтры посредством вакуумного осаждения, как это делается, на­пример, в случае мониторов ноутбуков, свет здесь должен быть раз­делен на три первичных цвета. Эта задача выполняется так называе­мыми дихроичными (с двойным преломлением) или дихроическими зеркалами. Они производятся путем покрытия стекла в вакуумной печи оксидами металлов. Различные покрытия отражают только оп­ределенные участки спектра, пропуская все остальное.

Два зеркала, поставленные последовательно, расщепляют белый свет на красный, зеленый и синий компоненты. Затем используют­ся панели ЖКД, задерживающие или пропускающие необходимые количества каждого цвета, в результате этого может быть произведе­но до 16,7 млн. цветов, когда световые лучи повторно комбинируют­ся вдихроичном кубе (рис. 6.14).

Использование поликремния позволяет миниатюризировать транзисторные элементы в панелях LCD-проектора, что приводит как к более высокой передаче света, так и к сокращению разме­ров. Например, в панелях современных XGА-проекторов (0,9") 786 432 пикселя занимают только 2,5 см². Поскольку в проекторе три цветовых панели LCD, всего используется более чем 2,36 млн. пикселей, которые могут быть активизированы индивидуально.

Проекторы LCD используют микротонкую сетку, чтобы предот­вратить влияние света от одного пикселя на смежный пиксель. Свет таким образом частично поглощается перед прохождением сквозь жидкокристаллический слой, чтобы предотвратить взаимное затене­ние. Поэтому, хотя сетка положительно влияет на качество изобра­жения, она также приводит к некоторым потерям света.

В высококачественных проекторах эти потери света компенси­руются установкой перед сеткой массива микролинз (micro lens array  MLA). Каждая из этих крошечных линз концентрирует по­ступающий свет и направляет его лучи точно через матрицу, чтобы минимизировать попадание на сетку.

Кроме увеличения светопередачи от 50 до 70%, микролинзы также минимизируют эффект пикселизапии, который наиболее ха­рактерен для проекторов LCD. Когда объектив такого проектора наведен на резкость, каждый индивидуальный пиксель может по­явиться на экране как бы в черной квадратной рамке. Стороны квадратов  там где электроника управления изображением задер­живает свет от лампы при прохождении панели. Эта фасетность несколько походит на разглядывание пейзажа как бы «глазами мухи» и упоминается как «эффект москитной сетки» («screen door effect»).

Уровни контраста в проекторах LCD определены тем, насколь­ко эффективно задерживается свет на каждой из трех панелей LCD. В результате, как правило, возникает изображение, где вместо чер­ного цвета присутствует серый.

Другие проблемы проекторов LCD:

• чувствительность к нагреванию  органические составы, ис­пользуемые в фильтрах LCD (особенно синий) могут быть разрушены высокой температурой;

• «мертвые пиксели»  постоянно включенные или выключен­ные пиксели, и в то время как это едва ли заметно при одном-двух мертвых пикселях, присутствие многих мертвых пикселей может вызывать раздражение.

Основная положительная сторона  проекторы LCD являются «ветеранами» цифрового видеопроектирования, они существуют дольше, чем все конкурирующие технологии. Панели LCD произво­дятся несколькими ведущими компаниями (включая Sony и Epson) и включены в конструкции многих изготовителей.

Ранее проекторы LCD показывали лучшую насыщенность цве­та, чем конкурирующая DLP-технология. Основной причиной этого было включение светлого сектора в цветовом колесе первых DLP-проекторов с единственным чипом (рис. 6.15, а). В то время как это имело в качестве эффекта более яркое изображение, при этом уменьшалась цветовая насыщенность. Появление цветовых ко­лес с шестью секторами в DLP-проекторах значительно уменьшило преимущества технологии LCD в этой области.

Другое преимущество LCD  его превосходящая световая эф­фективность. Для данной мощности лампы проектор LCD всегда будет иметь более высокий ANSI-показатель яркости (светотехниче­скую эффективность, лм/Вт), чем DLP-проектор. Это позволяет технологии LCD конкурировать чрезвычайно успешно в ситуациях, где требуется высокая светоотдача.

Когда в 1993 г. появились первые портативные проекторы LCD, в них использовались высокотемпературный поликремний (HTPS) для VGA-панели и маленькая галогенная лампа высокой яркости. К 2004 г. появились первые проекторы, способные к 2К-разрешению (1920 × 1080), в которых показатель освещенности достиг 3000 и более.

Микрозеркальные проекторы (DMD). Технология Digital Light Processing (DLP) (1996 г.), первоначально упоминавшаяся как Digital Micromirror Device (DMD) в 1987 г., представляет собой мик­роэлектронную механическую систему (micro-electronic mechanical system  MEMS), состоящую из сотен тысяч подвижных микрозер­кал, которые управляются лежащими в основе чипа полупроводни­ковыми схемами (см. рис. 6.11, в).

Микрозеркала панели DMD установлены на крошечных стерж­нях, которые позволяют им или наклониться к световому источнику («включен») или от него («выключен»), создавая светлый или тем­ный пиксель соответственно на поверхности экрана. Битовый поток закодированного изображения может переключать зеркало до не­скольких тысяч раз в секунду (время переключения около 20 нс). Если оно «включено» более часто, чем «выключено», это создает впечатление светло-серого пикселя, если наоборот,  темно-серого, что приводит к возможностям проекторов DLP-систем отображать до 1024 оттенков цветов.

Существует две основные конструкции DLP-проекторов:

• с одной матрицей микрозеркал (одночиповый, рис. 6.15, а);

• с тремя цветовыми матрицами (трехчиповый, рис. 6.15, б).

В первом случае белый свет, испускаемый лампой DLP-проектора, на пути к поверхности панели DMD проходит через прозрач­ные светофильтры цветового колеса и состояния включено/выклю­чено каждого микрозеркала скоординированы с этими тремя основ­ными стандартными цветами.

Высококачественные DLP-проекторы (типа применяемых для проектирования кино) используют конфигурацию с тремя чипами (таким образом, устраняется потребность в цветовом колесе) и соз­дают изображения не менее чем с 35 триллионами цветов.

Основное преимущество DLP проекторов  их небольшой раз­мер. Поскольку DLP-технология не требует никаких комбинирую­щих цвета призм или сложной оптики цветоразделения, ее оптиче­ская система более компактна, чем просветные системы LCD. Кро­ме того, DLP-чипы не требуют такого большого охлаждения, как проекторы LCD, так как их не затрагивает высокая температура на­столько, насколько фильтры и панели LCD.

Другое преимущество DLP состоит в том, что они страдают меньше от пикселизации, чем конкурирующая технология LCD, од­нако некоторые модели подвержены так называемому «эффекту ра­дуги»  артефакту, присущему только проекторам с одним чипом

(рис. 6.15, а). Эффект был особенно распространен в первом поко­лении DLP-проекторов, которые использовали цветовое колесо с 4 секторами  RGB и светлый сектор,  вращающееся со скоро­стью 3600 об/мин. Некоторые люди воспринимают эффект, который ощущается как мгновенная многокрасочная вспышка в периферий­ном зрении, если переводить взгляд от одной части экрана к другой (особенно от высоко контрастной или яркой области изображения). Эффект связан с тем, что не все цвета в изображении проекти­руются одновременно. Цветовые колеса с 6 сегментами (2 RGB-набора), которые вращаются быстрее и увеличивают частоту обновления цветов, менее подвержены данному эффекту. Существует также проект с 7 секторами (включающий дополнительный цвет, тем­но-зеленый), что улучшает частоту обновления и позволяет полу­чить контрастность более чем 3000:1.

DLP-технология подверглась множеству других усовершенство­ваний, начиная с ее введения в 1996 г.:

• в конце 1990-х гг. размер зеркала был уменьшен от 17 × 17 мкм до 13,7 × 13,7 мкм, позволяя увеличить разрешение и умень­шить стоимость;

• в 2000 г. скорость чтения данных была увеличена от единич­ной (single data rate  SDR) до двойной (double data rate  DDR), что позволило более точно воспроизводить полутона;

• в 2002 г., углы наклона зеркал были увеличены с ±10° (HD1) до ±12° (HD2), что позволило увеличить оптическую эффек­тивность;

• самое недавнее нововведение  светопоглощающие покры­тия, окружающие каждое зеркало, что позволяет снизить отра­жение при выключенном состоянии зеркала и повысить кон­трастность от 800 : 1 до более чем 1500.

Жидкие кристаллы на кремнии (ЖКнК). Liquid crystal on silicon, LCOS или LCoS («микропроектор», «микродисплей»), представляет собой гибрид ЖКД, модулирующего проходящий свет, и DLP, ис­пользующего отраженный свет и пытающегося сочетать лучшие ка­чества обеих технологий.

Как и панель ЖКД, LCoS-панель содержит сотни тысяч ячеек, заполненных жидкими кристаллами, которые скручиваются или вы­прямляются в зависимости от приложенного напряжения. Однако в LCOS жидкокристаллические элементы размещаются на отражаю­щей пластине (кремний с алюминиевым покрытием). Если жидкий кристалл открывается или закрывается, свет отражается от кремние­вой подложки или задерживается.

Существует две категории LCoS-дисплеев  трех- и однопанельные. В первом случае проекторы LCoS используют три микро­схемы, каждая из которых модулирует один из основных цветов и окончательное изображение комбинируется оптически. Как и тех­нология LCD, это обеспечивает одновременное попадание цветов на экран.

Во втором  единственная панель по очереди передает RGB-составляющие изображения, которые за счет инерционности зрения комбинируются в глазах зрителя. Как и в DLP, разные цвета разделяют одну точку пространства экрана, сменяя друг друга во времени (рис. 6.16). Когда цветовая компонента выведена на панель, цветовое колесо (вращающаяся призма, RGB-массив свето-диодов и др.) направляет луч соответствующего цвета. Примечатель­но, что если частота цветовых полей ниже 540 Гц, может возникать эффект «цветового разрыва», состоящий в появлении ложных цве­тов, особенно если изображение или глаз наблюдателя находятся в движении.

Путем помещения транзисторной схемы управления непосред­ственно под ячейкой пикселя (а не на пути световых лучей, как, например, в TFT) достигается возможность увеличить плотность пикселей (фактор заполнения, «fill factor»), уменьшить размеры устройства и увеличить яркость изображения. Большая плотность пикселей обеспечивает более высокое разрешение, а также избавляет изображение от «эффекта дверей экрана», которому подвер­жены системы ЖКД. Основным применением LCOS-панелей яв­ляются изделия класса разрешения SXGA (1365 × 1024) и даже с более высокими показателями  1920 × 1080 пикселей.

К недостаткам относится необходимость сборки управляющих транзисторных цепей на монолитной кремниевой пластине с минимумом посторонних включений.

Коммерческое воплощение LCoS-технологии включает такие образцы как Silicon X-tal Reflective Display (SXRD, Sony), Gen II LCoS (Syntax-Brillian), Digital Direct Drive Image Light Amplified (D-ILA, JVC), Liquid Fidelity (MicroDisplay Corporation).

В табл. 6.2 приводятся основные параметры, а в табл. 6.3  характеристики мультимедиапроекторов.

Большие плазменные экраны

Экраны строятся на базе плазменных панелей (размером 192 × 192 мм) постоянного тока, каждая из которых представляет собой два стекла, между которыми размещена керамическая решет­ка, образующая прямоугольную матрицу ячеек (рис. 6.17, а). В кера­мическую решетку вмонтированы вертикальные и горизонтальные электроды, а по периметру панели расположен герметизирующий шов. Пространство между стеклами заполнено смесью инертных га­зов. При приложении к двум перпендикулярным электродам управ­ляющего воздействия в ячейке возникает плазменный разряд, излу­чающий ультрафиолет, который возбуждает расположенный на дне каждой ячейки люминофор с красным, синим или зеленым цветом свечения. Конструкция панелей позволяет стыковать их друг с дру­гом с минимальными нарушениями слитности изображения. Точка изображения (пиксель) образуется из трех или более ячеек панели (рис. 6.17, б). Панели могут иметь различный размер пикселя и со­ответственно разное число пикселей в панели.

Плазменные модули. Большие экраны строятся из отдельных функционально законченных единиц – модулей. В состав модуля входят шесть панелей, модульно-панельный контроллер, источник питания и корпус (рис. 6.18).

На базе семи типов панелей разработаны семь типов модулей. Все модули имеют одни и те же габаритные размеры, углы наблюде­ния, вес, срок службы и примерно одинаковую потребляемую мощ­ность.

Модули на базе разных панелей отличаются друг от друга разме­ром пикселя, информационной емкостью, яркостью, числом цвето­вых оттенков. Эти параметры сведены в табл. 6.4.

Плазменные модульные экраны. Большие плазменные экраны строятся по модульному принципу, поэтому принципиальных огра­ничений не существует  есть возможность практически неограниченно наращивать их размеры и информационную емкость по гори­зонтали и вертикали. Как правило, информационная емкость экра­нов лежит в пределах от 192×128 до 1024×768. Для одного источника информации максимальная информационная емкость может быть 1920×1080 (телевидение высокой четкости) или 2048×1536 (компьютерный формат). Если на экран выводится ин­формация от нескольких источников, то ограничений по информа­ционной емкости нет. На рис. 6.19 показана область существования экранов. Серым цветом выделены большие экраны для отображе­ния телевизионной информации (768×576 пикселей) с размером пикселя 3, 6 и 12 мм.

В пределах области существования возможно создание экранов с любой конфигурацией, например длиной 57,6 м и высотой 0,38 м (бегущая строка).

В полной конфигурации экран комплектуется контроллером эк­рана. Контроллер экрана может обрабатывать и передавать в экран информацию одновременно от восьми источников информации. В качестве источника информации может выступать компьютер, ви­деомагнитофон, видеокамера, ТВ-приемник и т. д. Например, к контроллеру можно одновременно подключить четыре компьютера и четыре видеокамеры или восемь видеомагнитофонов. Обработка информации в контроллере производится с помощью управляющего компьютера.

Для связи между контроллером экрана и экраном используется высокоскоростной цифровой интерфейс TMDS. Расстояние от кон­троллера до экрана может составлять от 5 до 10 м с использованием видеокабеля или до 500 м с использованием оптического кабеля. В простейшем случае экран может работать без контроллера экра­на, непосредственно от компьютера, в котором установлена видео­карта с цифровым выходом. В этом случае также возможен вывод ТВ-информации на экран через ТВ-карту, установленную в компь­ютере.

В зависимости от размеров экрана и характеристик помещения большие экраны могут устанавливаться на пол, крепиться к стене, подвешиваться к потолку или встраиваться в стену. Для специаль­ных применений экраны можно монтировать горизонтально, ис­пользуя их в качестве стола, пола или потолка. Конструктивные особенности модульных экранов позволяют делать их вогнутыми, т. е. возможно создание круговых экранов, например для спортив­ных арен.

Характеристики систем. Потребление мощности в расчете на один модуль не более 350 Вт при максимальной яркости. Среднее потребление  около 200 Вт. В расчете на один квадратный метр площади экрана это составит соответственно 1500 и 900 Вт. В зави­симости от модификации плазменные экраны могут иметь частоту кадров (правильнее сказать  частоту регенерации изображения) от 80 до 160 Гц. По всем нормам частота регенерации не должна быть меньше 67 Гц. В отличие от ЭЛТ, при работе которых возникают рентгеновские и магнитные излучения, плазменный экран совер­шенно не излучает. Электромагнитные излучения в диапазоне 1  100 МГц исчезающе малы, поэтому время наблюдения плазмен­ных экранов не ограничено. Срок службы экранов определяется сроком службы плазменных панелей. Типовой срок службы панелей составляет 20 000 тыс. ч (по спаду яркости на 50%). Это время соот­ветствует 3 годам круглосуточной работы или 9 годам при 8-часовой работе.

В качестве примера приведем экран фирмы Инфор; модели име­ют следующие обозначения: TiS XXXXxYYYY/SS, где TiS  Tiled Screen, XXXX  число пикселей по горизонтали, YYYY  число пикселей по вертикали, SS  размер пикселей, мм. На рис. 6.20 представлен экран с пикселями по 6 мм.

Светодиодные экраны

В светодиодных (light-emitting diode  LED) экранах источник света, модулятор и экран объединены. Такие экраны называются ак­тивными, т. е. поверхность экрана сама является как модулятором, так и источником света. Системы отображения строятся из отдель­ных светодиодов, которые группируются сначала в пиксели, а затем в матрицу пикселей. Такой принцип построения приводит к тому, что размер пикселя оказывается достаточно большим (от 5 до 50 мм), по­этому светодиодные системы  это всегда большеэкранные системы.

Не останавливаясь на физических принципах действия свето­диодов, кратко рассмотрим их основные светотехнические параметры. На рис. 6.21 упрощенно показана структура светодиода и частотные характеристики излучения.

Свет, излучаемый полупроводниковым кристаллом, отражается от рефлектора и проходит через прозрачный или полупрозрачный корпус.

Светотехнические характеристики

Структура информационного поля экрана. Свето­диодные пиксели, которые могут иметь самую различную форму, размещены в поле экрана в узлах прямоугольной сетки. Соответст­венно нужно говорить о размере пикселя и шаге пикселей в поле экрана. В зависимости от конструктивных особенностей и решае­мых задач соотношение размера пикселя к шагу может составлять (0,50,9): 1. Нужно отметить две особенности структуры светоди­одного экрана:

• размер пикселя не зависит от размера экрана;

• увеличение размера экрана достигается увеличением его ин­формационной емкости.

С учетом того, что каждый светодиод является практически то­чечным источником света (световой поток рассеивается корпусом светодиода в небольшой степени), пикселизация поля светодиодно­го экрана существенно больше, чем, например, изображения на плазменной панели или проекционном экране. Явление иррадиации (зрительное ощущение размывания точечного источника света при его высокой яркости) в некоторой степени снижает пикселизацию. Другим способом уменьшения пикселизации является использова­ние диффузных фильтров и увеличение соотношения размер/шаг пикселя.

Цветообразование. В светодиодных экранах в основном используется пространственное цветообразование. Современные светодиоды, применяемые в экранах, имеют следующие длины волн: синий 430470 нм, зеленый 515530 нм, красный 630—670 нм. Раз­работка синего светодиода позволила создавать полноцветные свето­диодные экраны. А разработка зеленого (чисто зеленого или изум­рудно-зеленого) светодиода с более короткой длиной волны (ранее использовались диоды с длиной волны 570 нм) позволила значительно улучшить цветовые характеристики изображения. На рис. 6.21, 6 показаны спектральные характеристики этих типов светодиодов. В простейшем случае пиксель составлен из трех светодиодов с раз­личным цветом свечения. Для больших пикселей используются от 4 светодиодов (два красных, зеленый и синий) и больше. В экранах с размерами пикселей более 20 мм используются так называемые кон­структивно объединенные группы диодов, например восемь крас­ных, шесть зеленых, два синих и т. д. Количество светодиодов каждо­го цвета обычно выбирают с учетом максимального приближения к балансу белого цвета.

В экранах с двумя основными цветами (красный, зеленый) час­то используется временной принцип цветообразования. В таких эк­ранах пиксель состоит из одного двухцветного светодиода.

Диаграмма направленности и неравномерность яркости. Выходная диаграмма направленности светового потока определяется как формой рефлектора, так и формой корпуса свето­диода. Варьируя параметрами рефлектора и корпуса, можно созда­вать различные диаграммы направленности шириной от 45 до 160°. Более того, возможно создание диаграмм направленности с различной шириной по вертикали и горизонтали, например 120° по горизонтали и 60" по вертикали (так называемые овальные светодиоды). По аналогии с коэффициентом усиления проекционных эк­ранов (gain) формирование диаграммы направленности можно свя­зать с коэффициентом усиления светового потока. Для того чтобы диаграмма направленности экрана в целом соответствовала диа­грамме направленности диодов, необходимо использовать светодиоды разных цветов свечения с идентичными конструктивными параметрами. Светодиоды должны устанавливаться в экран с минимально возможными отклонениями по высоте и углам наклона относительно осевой линии. Для овальных светодиодов также важ­но не допускать поворотов относительно оси. Нарушение этих требований приводит к разбросу диаграмм направленности различных светодиодов. При наблюдении экрана под достаточно большими к нормали углами такой разброс выражается в появлении на изобра­жении аномально ярких точек различных цветов.

Как правило, для экранов, используемых внутри помещений, применяются светодиоды с достаточно широкой диаграммой направленности, например 120 × 60". Для уличных экранов используют светодиоды с более узкой диаграммой направленности, например 70 × 3". Такое различие объясняется разными условиями наблюдения. Возможность обмена ширины диаграммы направленности (путем замены одного типа светодиодов на другой) на яркость является отличительной чертой светодиодных экранов. При прочих равных условиях сужение диаграммы с 120 × 60" до 70 × 30" позволяет повы­сить яркость в 34 раза.

Если для проекционных систем неравномерность яркости вы­ражается в основном в спаде яркости на краях системы, то для све­тодиодных экранов на первое место выступает пиксельная неравно­мерность яркости. Это связано с тем, что информационное поле экрана состоит из отдельных светодиодов, в которых всегда сущест­вуют технологические разбросы по силе света. Изготовители свето­диодов разделяют диоды на ранги, в пределах каждого из которых сила света диодов отличается не более чем на 1530%.

Интерактивные доски. Интерактивные доски объединяют в себе возможности современных компьютерных технологий, Internet, ви­деоконференций и обычной маркерной доски.

Сенсорная поверхность доски SMART Technologies Inc. пред­ставляет собой резистивную матрицу — двухслойную сетку из тон­чайших проводников, разделенных воздушным зазором. Ее разре­шающая способность на касание (2000 × 2000 точек) соответствует возможностям современных мониторов и проекторов (рис. 6.22).

Интерактивные доски выпускаются как для прямой, так и для об­ратной проекции. В последнем варианте конструкция аналогична проекционному телевизору: проектор располагается за интерактив­ным экраном, и докладчик может делать пометки на доске (экране), не боясь перекрыть световой поток, как в случае прямой проекции. Кроме того, яркий свет от проектора не попадает в глаза докладчику.

Специальное программное обеспечение позволяет выстраивать Файлы в нужной последовательности и сохранять в виде альбомов, а также фиксировать отдельные этапы выступления и при необходи­мости мгновенно возвращать на доску ранее сделанную запись или изображение. Нажав на кнопку у нижнего края доски, можно вызвать изображение клавиатуры и, касаясь виртуальных клавиш, на­бирать текст. Для того чтобы система доскакомпьютер распозна­вала, какие именно точки доски соответствуют определенным уча­сткам изображения, в начале работы проводится калибровка координатных меток, которые последовательно высвечиваются че­рез мультимедиапроектор.

Доска снабжена тремя маркерами разного цвета и ластиком  это четыре раскрашенных в разные цвета пластмассовых датчика. Когда докладчик берет, например, зеленый маркер из лотка, доска автоматически переключается на зеленый цвет, который был ему присвоен. Цвет маркера может быть переназначен.

Контрольные вопросы

1. Каковы принципы съемки изображения в цифровых фотокамерах с ПЗС- и КМОП-матрицами?

2. Что такое технология ХЗ?

3. Каковы основные характеристики цифровых фотокамер?

4. Перечислите основные характеристики цифровых видеокамер (ЦВК).

5. Назовите форматы ЦВК.

6. Что такое видеозахват?

7. Что такое цветоразностные компоненты?

8. В чем заключается сущность M-JPEG сжатия видеоданных?

9. Перечислите характерные особенности алгоритмов MPEG-1MPEG-4?

10. Что такое GOP?

11. В чем сущность стандарта MPEG-7?

12. Что такое профили MPEG?

13. Перечислите форматы записи цифрового видео.

14. Какие характеристики имеют аудиоадаптеры?

15. Что такое ЧМ и WaveTable?

16. Перечислите возможности карты SoundBlaster.

17. Что такое LivelDrive?

18. Какие классы мультимедийных проекторов вам известны?

19. Каковы типы модуляторов и экранов?

20. Перечислите основные конструкции проекторов.

21. Каков физический принцип действия плазменных экранов?

22. Какие размеры пикселей используются в плазменных экранах?

23. Можно ли сделать плазменный экран 400x300 пикселей?

24. Какие размеры могут иметь плазменные экраны?

25. Какие форматы могут иметь плазменные экраны?

26. Каковы принципы функционирования и характеристики светодиодных экранов?