Все, что нужно знать о фронтальных проекторах, статья. Портал "www.hifinews.ru"

Самые первые проекторы использовали систему с модуляцией света на масляной пленке и представляли собой аналоговое электронно-лучевое и оптическое устройство для управления мощным световым потоком, создающим изображение на очень большом экране.

---

Основы

Что такое фронтальный видеопроектор?

Фронтальный видеопроектор это электронное устройство, которое преобразует видеосигналы изображения в световой поток, проецируемый и фокусируемый на расположенный на некотором расстоянии от проектора экран. В отличие от кинопроекторов, в отдельных типах фронтальных проекторов есть лишь несколько движущихся частей, а качество изображения определяется значительно большим количеством настроек, как в пользовательском, так и сервисном меню.

Краткая история фронтальных проекторов

Самые первые проекторы использовали систему с модуляцией света на масляной пленке и представляли собой аналоговое электронно-лучевое и оптическое устройство для управления мощным световым потоком, создающим изображение на очень большом экране. На основе серийно выпускавшейся швейцарской системы «Эйдофор» и российского аналога Аристон был, в частности, реализован первый большой телевизионный экран (чёрно-белый) Центра управления космическими полётами СССР и американского NASA.

Основной узел такой проекционной системы представляет собой зеркало, поверхность которого покрыта маслом и специальной пленкой. Под действием электрического заряда при сканировании зеркала электронным лучом масляная поверхность деформируется и становится «шершавой», за счет чего отдельные участки по-разному отражают направленный от специальной ксеноновой лампы световой поток. Отраженный свет создает на экране гигантское изображение.

Д-р Фриц Фишер и швейцарский федеральный технологический институт задумали этот проектор еще в 1939 г. (в г. Цюрихе) и первый прототип был представлен в 1943 году. На экран подобного проектора выводилась вся информация NASA в период космической программы Аполлон (1968 г.).

В нашей стране аналог Эйдофор под названием Аристон был разработан в Московском научно-исследовательском телевизионном институте и впоследствии производился на Львовском телевизионном заводе.

CRT проекторы (Cathode Ray Tube). Еще в 1972 году компании Sony (Япония), а также Advent (США), выпустили первые CRT проекторы, которые были оснащены тремя небольшими (в четыре дюйма) электронно-лучевыми трубками повышенной яркости. Аналогичная CRT технология использовалась в то время и в обычных телевизорах. Пучок электронов отрисовывал изображение на покрытой фосфором внутренней поверхности экрана трубки. Чтобы получить цветное изображение необходимо было три луча, по одному для красного, зеленого и синего каналов. Изображение проектора формировалось и фокусировалось линзами на большой экран, такой же, но меньшего размера, чем в городских кинотеатрах. Высокая общая яркость (300 люмен), большой коэффициент контрастности (1000000:1) и длительный срок службы трубки (10000 часов) – превосходные характеристики для проектора того времени. Но он требовал более сложной начальной настройки и калибровки, в сравнении с современными моделями.

Клосс Novabeam. Этот проектор был создан знаменитым изобретателем аудио и видео техники Генри Клоссом на основе его новаторских работ в области CRT проекторов в компании Адвент с 1972 года. В проекторе Клосса использовалась CRT трубка специальной конструкции с встроенной оптической системой. Это нововведение позволяло улучшить фокусировку светового потока и получить более детальное изображение с более точной цветопередачей. К тому же общая конструкция получилась более дешевой, что сделало проектор Novabeam наиболее популярной проекционной системой начала 1980-х годов. Портативная модель для проецирования на белую стену или экран была представлена в 1982 году и оснащалась входом для подключения компьютера, она позволяло создавать первые домашние и офисные фронтальные проекционные системы с разрешением VGA (640 х 480i).

Первые цифровые проекторы. Ограничения аналоговой технологии первых фронтальных CRT проекторов, которые доминировали до конца двадцатого века, удалось преодолеть исследователям американской компании Hughes и японской JVC, на основе разработок которых в 1996 году была образована единая компания Hughes-JVC Technology Corp. Совместными усилиями была создана проекционная технология – ILA (Imaging Light Amplifier), представляющая собой аналоговую отражательную LCD систему в сочетании с инфракрасной CRT технологией для формирования изображения. Эта система предоставляет неслыханный световой поток (более 12000 люмен) и разрешение (2000х1200) в проекторе JVC D-ILA-12K стоимостью $ 250000.

В это же время другая американская компания Texas Instruments разработала и первую цифровую систему – DMD (Digital Micro Mirror Device), ставшую основой для проекторов с технологией DLP (Digital Light Processor). В технологии DLP для создания изображения используются миллионы крошечных поворачивающихся зеркал. Начиная с 1999 года на основе технологий DLP и LCOS (аналоги D-ILA и SXRD) началась замена аналоговых проекционных систем в кинотеатрах и домашних установках.

Многие современные проекторы поддерживают формат 1080р. С момента появления HDTV телевизоров от компании Zenith в США (1996 г.), многие проекторы также получили приставку HD, хотя и не все обладают полным HD разрешением (Full HD 1920x1080p), некоторые имеют разрешение 720p (1280х720p) или 1080i (1920х1080 г). Более высокое разрешение требует повышенной вычислительной мощности и скорости обработки данных, что было не позволительной роскошью не далее, как до 2005 года. Для более точного воссоздания сигнала с проектором часто используются внешние процессорные блоки. И даже сегодня далеко не все фронтальные проекторы могут предложить Full HD формат, но ситуация скорее всего изменится в ближайшее время.

Технологии

Что такое CRT?

Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) или по-английски CRT представляет собой устройство в виде вакуумной трубки с излучающей луч электронной пушкой и люминофорным экраном, который в телевизорах используется для просмотра изображения. Еще в 1939 г., в США началось черно-белое коммерческое телевещание с использованием первых ЭЛТ телевизоров, которые имели экран примерно в девять дюймов по диагонали. Однако, Вторая Мировая война задержала развитие телевидения примерно до 1952 года. Реально продаваемые домашние цветные ЭЛТ телевизоры появились в 1964 году. Их конкуренцию с публичными кинотеатрами основе других дисплейных технологий продолжают современные HDTV, получившие увеличенный до 40 и более дюймов экран с соотношением сторон 4:3 и 16:9.

В 1971 году компания Sony и Генри Клосс, работавший тогда в компании Адвент, разработали первые коммерческие проекционные CRT телевизоры с системой фронтальной проекции. Началась эпоха домашнего кино с просмотром на большом настенном экране в несколько метров по диагонали. Самые большие телевизионные трубки (кинескопы) в то время были размером всего 25 дюймов по диагонали экрана.

Что такое DLP?

Разработанная компанией Texas Instruments в 1996 году проекционная система Digital Light Процессор (DLP) состоит из миллионов и миллионов микроскопических зеркал, (первоначально она называлась DMD – Digital Micro-Mirror Display). Луч от источника белого света направляется на DLP чип, каждое микрозеркало которого отражает или поглощает свет, соотвествующий одному пикселю на экране. Система имеет наивысший на сегодняшний день для домашних систем коэффициент контрастности и частоту обновления картинки (120 000 Гц).

Что такое D-ILA?

В 1999 году компания JVC представила проекторы на основе разработанной технологии D-ILA (Direct Imaging Light Amplifier) с использованием отражения от специальной LCD матрицы. Первоначальное название было LCoS (Liquid Crystal on Silicon). Специальная конструкция матрицы позволяет увеличить коэффициент заполнения, т.е. плотность расположения пикселей на отражающей матрице и экране. Коэффициент заполнения у D-ILA проекторов составляет до 91 процентов, тогда как у LCD проекторов он равен 60%, а у DLP технологии этот показатель доходит до 88%. LCoS стала второй технологией, позволяющей получать 4K разрешение.

Что такое SXRD?

Версия технологии LCoS в исполнении Sony называется SXRD (отражающий микро-дисплей на кремниевых кристаллах). Коэффициент заполнения у этой технологии равняется 92 %, за счет этого отдельные пиксели почти неразличимы, изображение на экране имеет эффект «бесшовности». Частота обновления экранной картинки составляет 8 микросекунд. На основе SXRD технологии был создан первый проектор в разрешении 4К, имеется потенциальная возможность удвоить разрешение и до 8К.

Что такое LCD?

LCD (Liquid Crystal Display) – жидкокристаллический дисплей на основе жидких кристаллов кремния, которые под действием управляющего напряжения могут становиться прозрачными или непрозрачными. Впервые LCD дисплеи стали широко использоваться в наручных часах, заменив светодиодные (LED индикаторы). Сейчас многие мониторы, телевизоры и проекторы используют для получения картинки источник света проходящий сквозь LCD панель, в отличие от отражающей технологии, как в случае с LCoS. По всей вероятности, вы читаете этот текст на LCD мониторе компьютера. Специальные LCD матрицы используются и в проекторах.

Многочиповые и одночиповые проекторы

В всех фронтальных (и тыловых) цифровых проекторах вся демонстрируемая на экране цветовая палитра получается за счет смешения трех базовых цветов (красный, зеленый и синий). В одночиповых DLP системах, диск с отверстиями (называемый также цветовым колесом) очень быстро вращается, последовательно выбирая для проецирования три основных цвета. Этот метод может создавать заметный для некоторых людей эффект радуги, что портит общее впечатление от просмотра.

Свободны от этого недостатка трехчиповые DLP проекторы, где для каждого первичного цвета используется отдельный DLP чип.

HDMI входы и кабели

С повсеместным переходом в 2003 году к цифровому телевидению для соединения источников сигналов и дисплеев был разработан интерфейс, названный HDMI (High-Definition Media Interface). По существу HDMI обладает теми же электрическими характеристиками, что и DVI-D – интерфейс для подключения дисплеев к компьютеру. Но HDMI использует 26-контактный разъем гораздо меньших размеров и поддерживает технологию защиты от копирования – HDCP (High Definition Copy Protocol). HDMI в настоящее время используется для соединений между такими защищенными от копирования устройствами высокого разрешения, как Blu-ray и HD-DVD плееры, кабельные и спутниковые телеприемники и телевизоры.

Видеообработка

Видеообработка используется при преобразовании одного разрешения (например, VGA 640х480p) в другое, как правило, более высокое разрешение (например, Full HD 1920х1080 р), а также для изменения соотношения сторон изображения (например, увеличение, полное заполнение экрана или широкоэкранный формат), для удаление шумов и артефактов, чтобы получить более четкое, более чистое изображение. Первой компанией создавшей для бытовой видеотехники видеопроцессоры хай-энд уровня была Faroudja. В 1997 году видеопроцессоры в сочетании с проектором Runco позволяли создавать изображение впечатляющего качества из телепрограмм SD формата и с DVD дисков. Сейчас, по крайней мере, 20 компаний производят видеопроцессоры для обработки и масштабирования видео.

Внутренняя видеообработка

Начиная с появившихся в 1999 году первых портативных промышленных цифровых проекторов, стала очевидной необходимость увеличения разрешения или, иначе говоря, масштабирования видеозаписей. Дело в том, что эти первые цифровые проекторы имели разрешение (2048х1200р), которое было значительно выше, чем используемое в то время стандартное 800х600р. Имеющаяся в современных проекторах возможность повышения разрешения позволяет получить максимальный размер изображения и снизить артефакты.

Внешняя видеообработка

Необходимость во внешней видеообработке сигналов возникла с появлением источников сигнала с разрешением выше чем VGA и соответствующих мониторов около 1996 года. Желание масштабировать видео информацию формата 640х480i до компьютерного разрешения (800х600р) и выше потребовало тогда сложных АЦП и ЦАП преобразователей, способных работать в гигагерцовом диапазоне. Для решения такой задачи в режиме реального времени порой требовалась целая комната с компьютерами и другим оборудованием. Такие компании как Faroudja и Snell & Wilcox смогли разработать более компактное оборудование, вначале для военных целей, а со временем появились и коммерческие версии, от Faroudja и Runco в 1997 году.

Установка и настройка видеопроекторов

Монтаж

Некоторые проекторы имеют возможность для крепления к потолку, что максимизирует обзор экрана для аудитории и упрощает настройку проектора. Если проектор должен быть скрыт, когда он не используется, часто применяют конструкцию с моторизованным лифтом. Иногда, требуется дополнительное внешнее охлаждение или специальная система вентиляции, так как количество тепла выделяемого от супер ярких больших ламп в корпусе небольшого домашнего проектора может стать чрезмерным.

Проекционное расстояние

В целом это отношения между увеличением объектива и расстоянием от проектора до экрана. Типичное значение составляет 2:1 и означает, что расстояние от проектора до экрана должно равняться двойной ширине экрана. Поэтому, если ширина экрана 3 метра, проектор должен быть расположен в 6 метрах от него.

Световой поток

Как определено стандартами SMPTE и ANSI световой поток домашних проекторов должен составлять от четырех до 96 фут-ламберт (1 фут-ламберт=1 люмену на 1 кв. фут), используемые в проекторах лампы должны обеспечивать яркость 100 - 10000 люмен. Очевидно, что световой поток с пониженным уровнем яркости для достижения удовлетворительного коэффициент контрастности требует специального затемненного помещения, иначе изображение будет казаться размытым. Более яркий световой поток способен создавать на экране изображение, которое можно смотреть и при дневном освещении. Выбор яркости варьируется в зависимости от размера экрана, проекционного расстояния, освещенности и личного вкуса. В городских кинотеатрах требуемый уровень светового потока составляет 16 фут-ламберт.

Трапецеидальные искажения

Эти характерные погрешности изображения проявляется, когда проектор не верно установлен по отношению к экрану. Трапецеидальными искажениями называют эффект, когда одна из сторон экранного изображения оказывается шире противоположной, в результате чего объекты с одной из сторон экрана становятся выше или толще. В некоторые проекторы (начиная с 2000 г.) встраивают цифровую функцию коррекции трапецеидальных искажений, которая за счет видеообработки сигнала позволяет скорректировать геометрию изображения. Но этот метод приводит к побочному эффекту снижения разрешения.

Видеокалибровка

Калибровка важный инструмент для получения оптимального и наиболее достоверного изображения. Любой дисплей может быть откалиброван и все дисплеи требуют регулярной подстройки для получения достоверного и точного изображения.

Что такое видеокалибровка?

Начиная с первых цветных ЭЛТ телевизоров (1953 г.), регулярная настройка и корректировка используемых в телестудиях мониторов стала необходимостью. Для точного воспроизведения цвета требуется тщательная регулировка усиления и смещения первичных источников электронных лучей для красного, зеленого и синего цветов. Позднее (1971 г.), с появлением коммерческих CRT проекторов, подобная корректировка RGB потребовалась и для них. Таким образом, калибровка становится необходимым условием для достижения точного изображения. В результате деятельности таких видео пионеров, как Джо Кейн и Imaging Science Foundation, понимание необходимости калибровки среди потребителей значительно выросло, свидетельствуя о том, что заводские настройки плоскопанельных телевизоров и проекторов редко воспроизводят картинку без серьезных искажений. Калибровка единственный способ получить достоверное изображение.

ISF (Imaging Science Foundation)

Ассоциацию Imaging Science Foundation в 1994 году основали Джо Кейн и Джоэл Силвер, с целью пропаганды среди потребителей и производителей необходимости надлежащей регулировки и подстройки видео дисплеев и проекционных систем. Они обучили и сертифицировали несколько тысяч калибраторов, которые теперь профессионально занимаются настройкой домашних видеосистем, чтобы добиться от них максимально достоверного изображения. Цены за такие услуги в Америке варьируются от $350 до $2500, в зависимости от технологии и количества источников.

Почему не стоит использовать заводские настройки

Производители телевизоров и проекторов полагают, что большинство потребителей хотят видеть гипер-реалистичное изображение. Картинка при заводских настройках зачастую выглядит голубоватой и чрезмерно резкой, умышленно занижается разрешение, чтобы представить свободное от шумов изображение. Усугубляют проблему многие современные кинотеатры, которые не соответствуют установленным обществом теле- киноинженеров (SMPTE) стандартам. В результате изображение зачастую имеет погрешности по яркости, цвету и четкости.

Коэффициент контрастности

Коэффициент контрастности представляет собой отношение между сигналом 100% белого уровня и сигналом соответствующим воспроизводимому черному цвету. Используется несколько различных методов для оценки отношения контрастности. Повышенная контрастность обеспечивает более реалистичную картинку на экране.

Демонстрируемые порой в отдельных тестах невероятно высокие значения контрастности для телевизоров и проекторов реально имеют смысл лишь при определенных лабораторных условиях просмотра. Любая засветка в комнате для просмотра может снизить глубину черного цвета и/или изменить оптическое восприятие человеческого глаза, так что все эти большие значения на самом деле станут бессмысленны. Отдельные проекторы зачастую способны представить превосходное изображение при минимальной контрастности 3000:1, которая соответствует лишь десятой части от аналогичных удивительных показателей у некоторых производителей.

Почему не стоит преувеличивать значение контрастности

Представлять контрастность как определяющий фактор для точного изображения не совсем правильно. Не только от контрастности зависит точность воспроизведения. Рассмотрим пример, в котором яркая часть изображения составляет 100 % уровень сигнала, а темные части изображения в 1000 раз темнее, или имеют уровень 0,1 %. Глаз легко определяет темные участки изображения. Но в действительности, достаточно демонстрируемого в большинстве кинотеатров и уровня контрастности 300:1, который часто считается стандартом де-факто для видеовоспроизведения.

Выбор экрана

Подбор экрана для фронтального проектора еще один важный этап в процессе установки HD проектора. Особое внимание стоит уделить следующим аспектам.

Серый экран

Экраны из серого материала могут увеличивать контрастность и впервые были представлены в 2003 году компанией Stewart Filmscreen. Исследования сотрудников компании привели к созданию существующего экрана Stewart Studiotek , где вместо нейтрально-белой поверхности используется 18 % нейтрально-серая. За счет этого удается повысить контрастность и уровень черного с некоторыми цифровыми проекторами, у которых бедный или средний уровень черного. Такой экран также несколько компенсирует внешнюю засветку и улучшает коэффициент контрастности на целых 18 %.

Необходимый уровень освещенности экрана

Уровень освещенности экрана имеет очень важное значение для создания реалистичного и точного изображения. Слишком много света может привести к усталости глаз, а слишком малая освещенность приводит к плоскому, безразмерному изображению. Типичный уровень освещенности экрана должен быть от 4 до 96 фут-ламберт, с идеальным значением (по SMPTE) 16 фут-ламберт. Однако, гораздо чаще можно наблюдать более низкие уровни, в большинстве кинотеатров освещенность экрана около восьми фут-ламберт.

Важность затемненного помещения

Реальный коэффициент контрастности во многом зависит от освещенности. Любой свет в комнате с работающим фронтальным проектором падая на экран снижает уровень черного и картинка будет выглядеть туманной. Особое внимание должно быть уделено цвету и материалам, используемым для отделки боковых стен и потолка, но не менее важными являются цвета ковров, мебели и штор. Когда все эти нюансы должным образом учтены, большинство домашних кинотеатров могут представить высочайший диапазон уровней яркости и гораздо более высокий коэффициент контрастности, чем аналогичные параметры городских кинотеатров.

Подготовлено по материала портала "www.hifinews.ru", декабрь 2010 г.