数字光处理

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数字光处理(Digital Light Processing,缩写:DLP)是一项使用在投影仪和背投电视中的显像技术。DLP技术最早是由德州仪器开发的。它至今仍然是此项技术的主要供应商。现在,DLP技术被很多许可制造商所采用,他们销售的产品都是基于德州仪器芯片组的。德国德累斯顿Fraunhofer学院(The Fraunhofer Institute of Dresden)也生产有着特殊用途的数字光处理器,并把它称作空间光调节器(Spatial Light Modulators,SLM)。例如,瑞典Micronic激光系统公司(Micronic Laser Systems of Sweden)就在其开发的Sigma印版硅模板刻印机中,利用Fraunhofer生产的空间光调节器来生成远紫外线图像。

在DLP投影仪中,图像是由DMD(Digital Micromirror Device)产生的[1]。DMD是在半导体芯片上布置一个由微镜片(精密、微型的反射镜)所组成的矩阵,每一个微镜片控制投影画面中的一个像素。微镜片的数量与投影画面的分辨率相符,800×600、1024×768、1280×720和1920 x 1080(HDTV)是一些常见的DMD的尺寸。

这些微镜片在数字驱动信号的控制下能够迅速改变角度,一旦接收到相应信号,微镜片就会倾斜10°,从而使入射光的反射方向改变。处于投影状态的微镜片被示为“开”,并随数字信号而倾斜+10°;如果微镜片处于非投影状态,则被示为“关”,并倾斜-10°。与此同时,“开”状态下被反射出去的入射光通过投影透镜将影像投影到屏幕上;而“关”状态下反射在微镜片上的入射光被光吸收器吸收。

本质上来说,微镜片的角度只有两种状态:“开”和“关”。微镜片在两种状态间切换的频率是可以变化的,这使得DMD反射出的光线呈现出黑(微镜片处于“关”状态)与白(微镜片处于“开”状态)之间的各种灰度。DLP投影仪主要通过两种方法来产生彩色图像,这两种方法分别被用在单片DLP投影仪和三片DLP投影仪中。

单片DLP投影仪[编辑]

单片DLP投影仪内部只安装一片DMD芯片,颜色是通过在光源与DMD之间安装一个色轮来产生的。色轮通常被分为四个区域:红区、绿区、蓝区和一个用来增加亮度的透明区域。由于透明区域会减弱色彩的饱和度,所以在某些型号的投影仪中可能会被禁用或者干脆省略掉。

DMD芯片与色轮的转动保持同步,这样,当色轮中蓝色部分位于光源前面的时候,DMD就显示画面中蓝色的部分。红色和绿色的情况也非常类似。红、绿、蓝三种画面按照顺序以非常高的速度被投射出来,因此观察者就能看见合成的“全彩色”画面了。在早期的型号中,每显示一帧画面,色轮只旋转一周。后期的型号中,色轮按照帧速率的两到三倍旋转,其中也有一些型号同时将色轮上的颜色区域重复两次,这意味着红绿蓝三色序列图像将在一帧之中重复六次。

彩虹效应

DLP的“彩虹效应”[编辑]

简而言之,此种视觉现象可以被简单地理解为可感知的红绿蓝三色闪光留下的“影子”,这种现象经常发生的场合大多为明亮(白色)的物体出现在几乎全暗(黑色)的背景上,例如大多数影片(《不可逆转》即为特例)的结尾制作人员名单滚动字幕中。彩虹现象对于有些人来说,他们是一直可以看到的,而有些人就很少能看到,除非他们把自己的头沿着画面进行快速转动。甚至还有一些人从来都没有感受到彩虹现象。其实,这种现象的产生原因,来自于闪烁融合阈限概念Flicker fusion threshold,一种心理物理學概念)。

右边显示的是,在长时间曝光条件下,一个白色圆圈在沿水平位置上移动的摄像机中的图像。看起来白色光很明显地分成了彩色分量。彩虹现象就是在类似情形下被肉眼所观察到的。右图的多个圆圈表示了在视频中每一个单桢画面的情况,与彩虹现象并无直接关系。

“彩虹效应”是单片DLP投影仪所特有的现象。如前所述,因为单片DLP投影仪使用一个色轮来控制颜色,那么在任一特定时刻,屏幕上出现的其实只有一种颜色。如果人的目光在投影屏幕前快速晃动,那么合成画面的组合颜色(任一个特定时刻的红绿蓝三种颜色的画面)将会是对肉眼可见的。单片DLP投影仪的生产商使用更快的色轮转速,以及更多的色轮颜色段数来消除这一先天缺陷,这就是我们现在在市场上所看到的2倍速、3倍速或者4倍速色轮了。例如,一个六段色轮(红绿蓝红绿蓝)以2倍速的转速转动,那么其带来的结果将是4倍速色轮。另外一种方法是将分段色轮变为阿基米德螺旋色轮,这样的色轮是使颜色在屏幕的上下移动。普通的分段式色轮在颜色与颜色的转换之间会有一个短暂的暂停,这就意味着如果色轮的颜色段数越多投影图像就会越暗一些(反之段数越少图像越明亮)。使用了螺旋色轮,微镜器件就会在同一时刻在屏幕上投射出不止一种颜色,每一种颜色都随着色轮的转动而上下移动。

三片DLP投影仪[编辑]

三片DLP投影仪内部安装三片DMD芯片,光源发出的光被棱镜分离成三路,这三路光线经过滤光分别成为红、绿、蓝三种颜色,然后分别照射到相应的DMD芯片上。最后,三束经过DMD芯片调制的光线借助棱镜再重新合并成一路光线,并通过镜头投射到屏幕上。三片DLP系统能够显示35万亿种颜色,相比之下,单片DLP系统却只能够显示1670万种颜色。

市场[编辑]

在背投电视市场上,DLP技术正在迅速成为主角。使用DLP技术的背投电视已经销售了200多万台,并且抢占了10%的市场份额。在2004的圣诞和新年假期中,有超过50家的厂商供应此类产品,这一数字在2003年还只有18。而於數位前投影機的市場中,2006年時DLP的市場佔有率已經達到50%,與3LCD技術平分市場(according to Pacific Media市場調查)。现在,德州仪器公司总销售额的5%来自于DLP芯片组。使用DLP技术的小型独立投影单元(也称作前置投影仪)在办公室演示和家庭影院中也变得非常流行。

优点:

  • 图像平滑流畅
  • 优秀的色深以及对比度
  • 不会烧屏
  • 消除了传统LCD技术本身的“Screen door effect”缺点,能够得到无缝画质
  • DLP背投电视比CRT电视更小、更薄、更轻
  • 光源可更换,因此潜在寿命比CRT和等离子显示器更长
  • 光源的更换比LCD投影仪更为简便,通常可由用户自己进行

缺点:

  • 在单片设计中,一些人能够观察到“彩虹效应”
  • 重量上与LCD或等离子显示器相差不大,但是却比它们要厚
  • 存在风扇噪音

DLP 与 LCoS[编辑]

与DLP技术最为接近的技术是硅基液晶。该技术使用一个芯片表面上的固定光镜,并通过液晶阵列来控制光线反射的强弱,来投射最终构成的画面。

相关条目[编辑]

腳註[编辑]

外部连接[编辑]