邊緣融合基本知識
专业大屏幕投影系统就是采用多个投影系统组合而成的多通道显示系统,它比普通的标准投影系统具备更大的显示尺寸、更宽的视野、更多的显示内容、更高的显示分辨率以及更具冲击力和沉浸感的视觉效果。

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专业大屏幕系统以前一般用于虚拟仿真、系统控制和科学研究,近来开始向展览展示、工业设计、教育培训、会议中心等专业领域发展。
专业大屏幕系统包括有缝拼接和无缝拼接系统两种不同的工艺。
1、什么是邊緣融合技術?
邊緣融合技術就是将一组投影机投射出的画面进行边缘重叠,并通过融合技术显示出一个没有缝隙更加明亮,超大,高分辨率的整幅画面,画面的效果就象是一台投影机投射的画面。
当二台或多台投影机组合投射一幅画面时,会有一部分影象灯泡重叠,边缘融合的最主要功能就是把二台投影机重叠部分的灯光亮度逐渐调低,使整幅画面的亮度一致。
现在市场上也有很多拼接方式,如LED拼接墙,电视拼接墙,投影箱体的拼接墙等,但是相对于不同应用场所,LED拼接墙以及投影箱体拼接墙始终是由一个一个的画面拼图而成,使得画面的完整性受到一定的影响。邊緣融合技術是近年来兴起的一个新的无缝拼接技术,它更好的改善了拼接图像的视觉效果。
2、爲什麽選用邊緣融合?
2.1邊緣融合的産生
边缘融合的应用来源于模拟仿真/立体影院系统。追求亮丽的超大画面,纯真的色彩,高分辨率的显示效果,历来是人们对视觉感受的一种潜在要求。大到指挥监控中心,网管中心的建立,小到视频会议,学术报告,技术讲座和多功能会议室的进行,对大画面,多色彩,高亮度,高分辨率显示效果的需求越来越强烈。
最近迅速崛起的數字化邊緣融合大屏幕拼接投影顯示技術,正在逐步適應這一需求。隨著投影顯示技術的不斷發展與創新,以及人們對欣賞水平的提高,超大畫面,高亮度,以及更高分辨率顯示便成爲市場的迫切需求。
2.2邊緣融合的優勢
ü 增加图象尺寸和画面的完整性
ü 增加图像亮度
ü 增加分辨率
ü 超高分辨率
ü 缩短投影机投射距离
ü 特殊形状的屏幕上投射成像(比如弧形幕/球形幕)
ü 增强图像层次感
2.1.1增加圖像尺寸,畫面的完整性
很明顯,多台投影機拼接投射出來的畫面一定會比單台投影機投射出來的畫面尺寸更大。
鲜艳靓丽的画面,会带给人们不同凡响的视觉冲击,而如何消除画面拼接的光学缝隙呢?邊緣融合技術使这种问题迎刃而解。这种技术的出现,更大程度上保证了画面的完美性和色彩的一致性。
完整画面的优点也不需要过多的陈述,因为完美画面的显示对于欣赏者而言总是一目了然。
2.1.2增加圖像亮度
当一台投影机的投射尺寸被放大时,图像亮度就会降低,而用多台同样亮度的投影机拼接投射出相同大小的图像时就可以保持画面原有的亮度。
2.1.3增加分辨率
每台投影机投射整幅图像的一部分,这样展现出的图像分辨率就被提高了。比如,一台投影机的物理分辨率是800*600,三台投影机融合25%后,图像的分辨率就变成了2000*600
2.1.4超高分辨率
利用带有多通道高分辨率输出的图像处理器和计算机,可以产生每通道为1600*1200象素的三个或更多通道的合成图像。如果融合25%的象素,可以通过减去多余的交叠象素产生4000*1200分辨率图像。目前市场上还没有可在如此高的分辨率下操作的独立显示器。其解决办法为使用投影机矩阵,每个投影机都以其最大分辨率运行,合成后的分辨率就是减去交叠区域象素后的总和。
2.1.5縮短投影機投射距離
随着无缝拼接的出现,投影距离的缩短变成必然。比如,原来200英寸(4000*3000mm)的屏幕,如果要求没有物理和光学拼缝,将只能采用一台投影机,投影距离=镜头焦距*屏幕宽度,即使采用1.2:1的广角镜头,我们的投影距离也要4.8米,现在采用邊緣融合技術后,用4台投影机投射同样大小的画面,投射距离只需要2.4米。
2.1.6特殊形狀的屏幕上投射成像(比如弧形幕/球形幕)
比如,在圆柱或球形的屏幕上投射画面,单台投影机就需要较远的投影距离才可以覆盖整个屏幕。而多台投影机的组合因每台投影机投射的画面较小,所以距离也就缩短了很多。
还有一个更重要的功能是,如果只用一台投影机来投射整张弧形幕,则很难聚焦,因为弧弦距太大很难选出一个合适的基准焦点。多台投影机就可使弧弦距缩短到尽量小,这样就比较容易找出画面的合适焦点。对于弧形或球形屏幕应用,使用邊緣融合技術后对图像分辨率,明亮度和聚焦效果来说是一个更好的选择。
2.1.7增加畫面層次感
由于采用了邊緣融合技術,画面的分辨率,亮度得到增加,同时配合高质量的投影屏幕,就可以使得整个显示系统的画面层次感和表现力明显增强。
2.2邊緣融合系統與傳統拼接的差異
在超大尺寸的屏幕上显示多个画面内容,通常有以下几种方法:
箱体拼接
多张屏幕拼接
整张屏幕无缝边缘融合
在传统的拼接方式中无论是箱体的拼接还是多张屏幕的拼接,都无法消除画面本身存在的物理拼缝。
而在新的邊緣融合技術中,由于采用整幅屏幕,所以消除了传统拼接存在的屏幕间的生理缝隙,从而使得屏幕显示的图像整幅保持完整。而采用边缘融合处理技术后,更消除了光学缝隙,从而使显示的图像完全一致,保证了显示图像的完整性和美观性。这在边缘融合显示地图,图纸等图像信息时更为重要,因为在图纸,地图上存在大量的线条或路线等,而屏幕缝隙和光学缝隙就会造成图像显示污染,容易使观察人员把显示的图像线条和拼接系统本身的线条误为一体,从而导致决策和研究失误。而通过边缘融合处理,就可以避免出现这种情况。
在边缘融合拼接系统中,所有图像都经过边缘融合处理器进行了校正和统一,这样在大屏幕上进行图像显示和切换时,无论切换什么格式的图像,整个屏幕的亮度,色彩,鲜艳度,均匀度都比较一致。
由于在处理器中对投影显示图像进行了处理,可以对不同投影信号间的色差,亮差,均匀度进行调整,这也使得该系统显示的图像质量更完美。
边缘融合图像处理器除了具有边缘融合和图像多画面处理功能外,还有图像存储和调用功能,可以把本身存储的高分辨率图像直接作为大屏幕系统的背景进行显示,这在实际使用中非常具有实用价值。
3、邊緣融合的方式
在实际应用中通常会有以下三种方式:
3.1寬視角的排列
多台投影机水平排列组合可以打出更宽幅的画面
随着用户对超大,完美显示需求的日益增加,这种宽视角排列方式更多地应用于大型的会议中心,演艺中心,展览馆和军事项目等等。
比如兰州市国土资源局的工程案例。
这个工程主要是采用邊緣融合技術建设100人的多功能厅的正投影系统。为了增强千人音乐厅的投影效果,满足高层次的会议需求。提高正投影系统的亮度,使用灵活性,选用能够提供极佳投影效果的边缘融合拼接投影系统,最终可以得到一个宽达7.8米高达2.4米的超大尺寸无缝屏幕和一个单屏亮度为4000ANSL流明的高亮度完整图像,且具备多画面同屏显示能力。
会场的特点是面积较大且层高非常高,因此必须采用较大面积的多屏幕投影显示系统。我们必须首选确定投影方式(正投,背投),然后根据选定的投影方式确定具体的多屏幕解决方案。
会场的特点是面积虽然较大,但主席台面积不大,不能提供背投系统所需的空间,因此我们选用正投作为本会场基本的投影方式。
主席台的宽度较宽,因此采用单个投影显然无法满足实际使用需求,必须采用多个投影。而目前占用较小面积得多投影的解决方案主要有以下向种方式:专用背投拼接箱,分离式拼接,边缘融合正投拼接。
针对传统拼接和边缘融合正投拼接进行比较选择后,用户感觉传统拼接方式存在不可消除的屏幕物理拼缝和投影光学拼缝,有一定的色差。最后选择了边缘融合拼接投影技术。
3.2多台投影機垂直堆積産生縱向的顯示畫面
这种特殊排列的创意也逐渐被人们所欣赏,通常应用于广告行业或一些特殊要求的现场演示会。
3.3多台投影機堆積出更高更寬幅的超大畫面
当客户提出更多的图像信号源处理及更大视野显示需求时,还可通过多台投影机融合堆积出更高更宽幅的画面,这种应用通常在监控中心和指挥中心。
4、組成邊緣融合系統需要哪些設備?
4.1信號源
组成边缘融合系统的信号源可以是多种多样。例如现在工程中常用的有:VGA(笔记本,台式机,图形工作站),Video(摄像机,DVD)以及DVI,SDI(广播级信号源)HD SDI等等。
4.2圖像邊緣融合處理器
ü 图像边缘融合处理器是实现从独立屏幕演示过渡到多个投影机无缝宽屏演示的核心设备。
ü 图像边缘融合处理器的功能全部由一台大屏幕处理器来实现和操作。如:边缘融合,多路输入源选择,无缝切换,图像处理和操作人员控制等。可满足支持多窗口显示,并且以无缝融合宽屏信号为背景的多画面显示应用。
ü 处理器视频处理包括数据复制,用以生成重叠投影区域,以及重叠图像的边缘羽化。数据重叠和边缘羽化的交叉数据幅度可由用户自主编程。
ü 经过这个处理器进行屏幕拼接及边缘融合处理后,整个系统可实现以下功能:
1)多個信號輸入
根據要求,系統可配置爲多個信號源輸入。對于多屏安裝,每個信號源輸入可根據安裝使用的屏幕數量被複制。
2)多個通道輸出
比如有的處理器具有多個標准的DVI輸出,可支持任何顯示終端。對于每個輸出通道,分辨率最高可支持UXGA(1600*1200)。
3)高級的效果控制
*視窗控制
可以根據象素精度定義視窗的位置和大小,由此來顯示窗口的輸入。
*數字放大
在每一視窗內,均可對圖像進行所需的縮放。
* 特效控制
選擇産生奇特形狀的重疊,鏡像效果,陰影三維立體效果,淡入淡出,飛進飛出等。
*次序控制
所疊加的窗口可以動態方式存在,用戶可決定任一窗口放置的前後次序。
*邊緣融合
內置的邊緣融合功能和羽化特性可産生光滑的全景重疊。
*直觀,簡潔的控制軟件
控制軟件通過友好的管理界面,數字化的處理方式,方便用戶進行信號選擇,顯示布局,畫面處理的多種管理功能。
4.3控制端
邊緣融合器的控制端可采用電腦,控制台或中央集中控制系統
4.4投影機
利用邊緣融合技術的显示系统可以使用CRT,LCD,DLP,LCOS等多种显示技术的投影机产品。但是应用中需要注意的是:投影机的亮度,分辨率,均匀度。
4.4.1 CRT投影機
CRT是實現最早,應用廣泛的一種顯示技術。這種投影機可以把輸入信號源分成R(紅),G(綠),B(藍)三種顔色,經過發光系統放大,彙聚,在大屏幕上顯示出彩色圖像。顯示的圖像色彩豐富,還原性好,具有良好的幾何失真調整能力,但其亮度較小,另外CRT投影機操作複雜,機身體積大,只適合安裝于環境光較弱,相對固定的場所,不宜搬動。
4.4.2 LCD投影機
目前的LCD投影機大多是三片式設計。
LCD投影機成像器件是液晶板。利用外光源把強光通過分光鏡形成R/G/B三束光,分別透射過RGB三色液晶板,信號源經過液晶板顯示在大屏幕上成像。多用于臨時演示,商務會議和教育行業。
4.4.3 DLP投影機
DLP投影技术的诞生实现了数字信息显示。DLP技术是显示领域划时代的革命,它以DMD (Digital Micromirror Device)数字微反射器作为光阀成像器件。
DLP投影機的技術首選是數字優勢。數字技術的應用,使圖像能夠實現更高的灰度等級和更多的色彩。圖像噪聲消失,畫面質量穩定,精確的數字圖像可不斷再現。其次是反射優勢。反射式DMD器件的應用,使成像器件的光效率大大提高,對比度和亮度的均勻性都非常出色。DLP投影機通常分爲:單片機,三片機。DLP投影機清晰度高,畫面均勻,色彩銳利,三片機亮度最高可達25000流明,可隨意變焦,調整十分便利。根據美國德州儀器發表的技術白皮書,DMD的核心壽命長達100,000小時。另外,DLP投影機還可以做到10bit數字處理,滿足寬帶視頻需求。
4.5屏幕
4.5.1選擇屏幕的主要標准有:
*屏幕的材質
*屏幕的增益以及半增益視角
*均勻度
*平整度
*分辨率
*對比度
*超大無縫
4.5.2
在大屏幕投影系統整體資金比例中,屏幕可能只占有較少的一部分,但是對于整個系統的效果而言,卻是至關重要的,如果投影屏幕選擇不合適,就相當于整個系統設置了一個瓶頸,無論系統其他設備性能多麽優良,整體視覺效果都會受到抑制,無法把系統的完美性能充分表現出來。在以前的投影系統中,由于受技術限制,投影機的亮度無法做到很高,所以爲了增加投影亮度,對屏幕一般都要求比較高的增益率,但是這樣會影響對比度和色彩細膩程度。如今投影技術的發展非常迅速,投影機的亮度已經不是問題,所以對投影幕的要求中,增益率就放在了較低的位置,而主要考慮屏幕的平整度,視角對比度和均勻度。在這種應用裏選擇增益是1.0(+/-0.5)的屏幕可以獲得更好的成像效果。原因是當屏幕的增益越大屏幕的視角就會越小,如果觀衆不在屏幕的正中間時很容易就看見屏幕的融合部分,這樣整體看來就顯得圖像的均勻度很差。
5、設計邊緣融合的步驟
5.1確定大概尺寸
5.2確定投影機的數量
5.3選擇投影機(確定投影機亮度,分辨率,鏡頭)
5.4選擇屏幕(考慮屏幕增益,均勻度,平整度)
5.5選擇融合處理器
5.6預設軟邊融合的區域值
5.7安裝及校准屏幕和投影機
5.8調試系統及測試