Цифровая обработка света - Digital Light Processing

«DLP-проектор» перенаправляется сюда. Информацию о других проекционных устройствах см. кинопроектор.
Дальнейшая информация: История технологии отображения
Логотип DLP
Christie Mirage 5000, DLP-проектор 2001 года

Цифровая обработка света (DLP) представляет собой набор чипсетов на основе оптических микроэлектромеханический технология, которая использует цифровое микрозеркальное устройство. Первоначально он был разработан в 1987 году компанией Ларри Хорнбек из Инструменты Техаса. В то время как устройство формирования изображения DLP было изобретено Texas Instruments, первый проектор на основе DLP был представлен Digital Projection Ltd в 1997 году. Digital Projection и Texas Instruments были удостоены награды Emmy Awards в 1998 году за технологию проекторов DLP. DLP используется во множестве приложений отображения, от традиционных статических дисплеев до интерактивных дисплеев, а также в нетрадиционных встроенных приложениях, включая медицинские, охранные и промышленные применения.

Технология DLP используется в фронтальных проекторах DLP (в первую очередь автономных проекторах для учебных заведений и бизнеса), обратном проецировании DLP телевизионные наборы, и цифровые знаки. Он также используется примерно в 85% цифровое кино проекция, а в производство добавок в качестве источника света в некоторых принтерах для превращения смол в твердые трехмерные объекты.[1]

Наборы микросхем меньшего размера «пико» используются в мобильных устройствах, включая аксессуары для сотовых телефонов и функции проекционного дисплея, встроенные непосредственно в телефоны.

Цифровое микрозеркальное устройство

Основная статья: Цифровое микрозеркальное устройство
Схема цифрового микрозеркала, показывающая зеркало, установленное на подвесной вилке, с торсионной пружиной, движущейся снизу слева направо (светло-серый), с электростатическими подушками ячеек памяти внизу (вверху слева и внизу справа)

В проекторах DLP изображение создается микроскопически маленькими зеркалами, размещенными в матрице на полупроводниковом кристалле, известном как Цифровое микрозеркальное устройство (DMD). Эти зеркала настолько малы, что DMD шаг пикселя может составлять 5,4 мкм или меньше.[2] Каждое зеркало представляет собой одно или несколько пиксели в проецируемом изображении. Количество зеркал соответствует разрешению проецируемого изображения (часто вдвое меньше заявленного разрешения из-за колебание ). 800×600, 1024×768, 1280×720, и 1920×1080 (HDTV ) - это некоторые стандартные размеры DMD. Эти зеркала можно быстро переставить для отражения света либо через линзу, либо на радиатор (называется светлая свалка в Barco терминология).

Быстрое переключение зеркала между этими двумя ориентациями (по существу, включение и выключение) дает оттенки серого, контролируемый соотношением времени включения и выключения.

Цвет в проекции DLP

Существует два основных метода, с помощью которых проекционные системы DLP создают цветное изображение: те, которые используются в однокристальных проекторах DLP, и те, которые используются в трехчиповых проекторах. Третий метод, последовательное освещение тремя цветными светодиодами, разрабатывается и в настоящее время используется в телевизорах, производимых компанией Samsung.

Одночиповые проекторы

InFocus LP425z Single Chip DLP - внутренние компоненты.JPGInFocus LP425z Single Chip DLP - 4-сегментное цветовое колесо - Зеленый Синий.JPGInFocus LP425z Single Chip DLP - 4-сегментное цветовое колесо - Красный Серый.JPGInFocus LP425z Single Chip DLP - верхний кожух с пластиной рассеивателя .JPG
InFocus LP425z Single Chip DLP - DMD Light Path.jpg
Внутренний вид однокристального DLP-проектора, показывающий световой путь. Свет от лампы попадает в обратный «рыбий глаз», проходит через вращающееся цветовое колесо, проходит под основной линзой, отражается от переднего зеркала и распространяется на DMD (красные стрелки). Оттуда свет либо попадает в линзу (желтый), либо отражается от верхней крышки вниз в световод (синие стрелки), поглощающий ненужный свет. В верхнем ряду показаны все компоненты, крупные планы 4-сегментного цветового колеса RGBW и рассеиватель / отражающая пластина на верхней крышке.

В проекторе с одним DLP-чипом цвета воспроизводятся либо путем размещения цветовой круг между белым напольная лампа и микросхема DLP или с помощью отдельных источников света для получения основных цветов, Светодиоды или же лазеры Например. Цветовой круг разделен на несколько секторов: основной аддитивные цвета: красный, зеленый и синий и во многих случаях белый (прозрачный). Новые системы заменяют первичные субтрактивные цвета голубой, пурпурный и желтый вместо белого. Использование субтрактивных цветов является частью новой системы цветопередачи под названием BrilliantColor, которая обрабатывает аддитивные цвета вместе с субтрактивными цветами для создания более широкого спектра возможных цветовых комбинаций на экране.

Микросхема DLP синхронизируется с вращением цветового круга, так что зеленый компонент отображается на DMD, когда зеленый участок цветового круга находится перед лампой. То же самое и с красным, синим и другими разделами. Таким образом, цвета отображаются последовательно с достаточно высокой скоростью, чтобы наблюдатель увидел составное «полноцветное» изображение. В ранних моделях это было одно вращение за кадр. Сейчас большинство систем работают с частотой кадров до 10 раз превышающей частоту кадров.

В уровень черного Одночипового DLP зависит от того, как утилизируется неиспользованный свет. Если неиспользованный свет рассеивается, отражаясь и рассеиваясь на шероховатых внутренних стенках камеры DMD / объектива, этот рассеянный свет будет виден тускло-серым цветом на проекционном экране, когда изображение полностью темное. Более глубокий черный цвет и более высокий коэффициент контрастности возможны за счет направления неиспользованного HID-света из камеры DMD / линзы в отдельную область для рассеивания и экранирования пути света от нежелательных внутренних вторичных отражений.

Цветовой круг «эффект радуги»

Эффект радуги в проекторах DLP, использующих механическое вращающееся колесо.

DLP-проекторы, использующие механическое вращающееся цветовое колесо, могут демонстрировать аномалию, известную как «эффект радуги». Это лучше всего можно описать как короткие вспышки воспринимаемых красных, синих и зеленых «теней», которые чаще всего наблюдаются, когда проецируемый контент содержит высококонтрастные области движущихся ярких или белых объектов на преимущественно темном или черном фоне. Распространенными примерами являются прокручивающиеся титры многих фильмов, а также анимация с движущимися объектами, окруженными толстым черным контуром. Кратковременное видимое разделение цветов также может быть заметно, когда зритель быстро перемещает взгляд по проецируемому изображению. Некоторые люди часто воспринимают эти радужные артефакты, в то время как другие могут никогда их не увидеть.

Этот эффект вызван тем, как глаз следует за движущимся объектом на проекции. Когда объект на экране движется, глаз следует за объектом с постоянным движением, но проектор отображает каждый чередующийся цвет кадра в одном и том же месте на протяжении всего кадра. Итак, пока глаз движется, он видит рамку определенного цвета (например, красного). Затем, когда отображается следующий цвет (например, зеленый), хотя он отображается в том же месте, перекрывая предыдущий цвет, глаз переместился к цели следующего кадра объекта. Таким образом, глаз видит, что этот конкретный цвет рамки немного сместился. Затем отображается третий цвет (например, синий), и глаз снова видит, что цвет этой рамки немного сместился. Этот эффект ощущается не только для движущегося объекта, а для всей картинки. Одночиповые многоцветные светодиодные и лазерные проекторы способны устранить вращающееся колесо и минимизировать эффект радуги, поскольку частота импульсов светодиодов и лазеров не ограничивается физическим движением. Трехчиповые DLP-проекторы работают без цветовых колес и, следовательно, не проявляют этот радужный артефакт ».[3]

Трехчиповые проекторы

Трехчиповый проектор DLP использует призму для разделения света от напольная лампа, и каждый Основной цвет света затем направляется на собственный чип DMD, затем рекомбинируется и направляется через линза. Трехчиповые системы используются в проекторах для домашних кинотеатров более высокого класса, в проекторах для больших помещений и в проекционных системах DLP Cinema, используемых в цифровых кинотеатрах.

По данным DLP.com, трехчиповые проекторы, используемые в кинотеатрах, могут воспроизводить 35 триллионов цветов.[нужна цитата ] Предполагается, что человеческий глаз способен распознавать около 16 миллионов цветов.[нужна цитата ], что теоретически возможно с однокристальным решением. Однако такая высокая точность цветопередачи не означает, что трехчиповые DLP-проекторы способны отображать все гамма цветов, которые мы можем различать (это принципиально невозможно с любой системой, составляющей цвета путем добавления трех постоянных основных цветов). Напротив, именно одночиповые DLP-проекторы имеют то преимущество, что позволяют использовать любое количество основных цветов в достаточно быстром круге цветовых фильтров, и, таким образом, доступна возможность улучшения цветовых гамм.

Источник света

InFocus IN34, проектор DLP

Технология DLP не зависит от источника света и, как таковая, может эффективно использоваться с различными источниками света. Исторически сложилось так, что основным источником света, используемым в системах отображения DLP, был сменный светильник высокого давления. ксеноновая дуговая лампа блок (содержащий кварцевую дуговую трубку, отражатель, электрические соединения, а иногда и кварцевый / стеклянный экран), тогда как в большинстве DLP-проекторов категории пик (сверхмалых размеров) используются мощные светодиоды или лазеры как источник освещения.

Ксеноновые дуговые лампы

За ксеноновые дуговые лампы, используется источник постоянного тока, который начинается с достаточно высокого напряжения холостого хода (от 5 до 20 кВ, в зависимости от лампы), чтобы вызвать дугу между электродами, и как только дуга установится, напряжение на лампа падает до заданного значения (обычно 60 вольт), в то время как ток увеличивается до уровня, необходимого для поддержания оптимальной яркости дуги. По мере старения лампы ее эффективность снижается из-за износа электродов, что приводит к уменьшению видимого света и увеличению количества отходящего тепла. Окончание срока службы лампы обычно обозначается светодиодом на блоке или текстовым предупреждением на экране, требующим замены блока лампы.

Продолжение эксплуатации лампы по истечении ее номинального срока службы может привести к дальнейшему снижению эффективности, световой поток может стать неровным, и лампа может со временем нагреться до такой степени, что провода питания могут оплавиться на клеммах лампы. В конце концов, необходимое пусковое напряжение также повысится до точки, при которой воспламенение больше не может произойти. Вторичные средства защиты, такие как датчик температуры, могут выключить проектор, но кварцевая дуговая трубка, подвергшаяся термическому перенапряжению, также может треснуть и / или взорваться. Практически все кожухи ламп содержат термостойкие барьеры (в дополнение к барьерам на самом ламповом блоке) для предотвращения выхода раскаленных осколков кварца.

Светодиодные DLP

Первым коммерчески доступным DLP HDTV на основе светодиодов был Samsung HL-S5679W в 2006 году, что также устранило использование цветового круга. Помимо длительного срока службы, исключающего необходимость замены лампы и отказа от цветового круга, другие преимущества светодиодной подсветки включают мгновенное включение и улучшенную цветопередачу с повышенной насыщенностью цвета и улучшенной цветовой гаммой до более 140% от Цветовая гамма NTSC. В 2007 году компания Samsung расширила линейку светодиодных моделей продуктами, доступными с диагональю экрана 50, 56 и 61 дюйм. В 2008 году третье поколение светодиодных DLP-продуктов Samsung было доступно с диагональю экрана 61 дюйм (HL61A750) и 67 дюймов (HL67A750).

Обычная светодиодная технология не обеспечивает яркости и светового потока, необходимых для замены дуговых ламп. Во всех DLP-телевизорах Samsung используются специальные запатентованные светодиоды. PhlatLight Светодиоды, разработанные и произведенные американской компанией Luminus Devices. Эти проекционные телевизоры освещает один набор микросхем RGB PhlatLight LED. Светодиоды PhlatLight также используются в новом классе ультракомпактных фронтальных DLP-проекторов, обычно называемых «карманными проекторами», и были представлены в новых моделях от LG Electronics (HS101), Samsung electronics (SP-P400) и Casio (Серия XJ-A). Проекторы для домашних кинотеатров станут следующей категорией DLP-проекторов, в которых будет использоваться светодиодная технология PhlatLight. На InfoComm в июне 2008 года Luminus и TI объявили о своем сотрудничестве по использованию своих технологий в домашних кинотеатрах и бизнес-проекторах и продемонстрировали прототип фронтального DLP-проектора для домашнего кинотеатра на основе светодиодов PhlatLight. Они также объявили, что продукты будут доступны на рынке в конце 2008 г. Optoma и другие компании будут названы позже в этом году.

Luminus Devices Светодиоды PhlatLight также использовались Christie Digital в их DLP-основе MicroTiles система отображения.[4] Это модульная система, построенная из небольших (диагональ 20 дюймов) кубов обратной проекции, которые можно складывать друг на друга и складывать вместе, чтобы сформировать большие холсты с очень маленькими швами. Масштаб и форма дисплея могут иметь любой размер, только ограниченный практическими пределами.

Лазерные DLP

Первым коммерчески доступным DLP HDTV на базе лазера был Mitsubishi L65-A90 LaserVue в 2008 году, что также устранило использование цветового круга. Три отдельных цветных лазера освещают цифровое микрозеркальное устройство (DMD) в этих проекционных телевизорах, создавая более богатую и яркую цветовую палитру, чем другие методы. Увидеть лазерный видеодисплей статью для получения дополнительной информации.

Цифровое кино

Основная статья: Цифровое кино
DLP CINEMA. Технология Texas Instruments
Texas Instruments, DLP Cinema Prototype Projector, Mark V, 2000 г.
NEC Cinema DLP проектор в 2006 г.

Системы DLP Cinema были развернуты и коммерчески протестированы в кинотеатрах с 1999 г. В июне 1999 г. Звёздные войны: Эпизод I - Призрачная угроза был первым фильмом, который был полностью отсканирован и распространен в кинотеатрах. К выпуску фильма в четырех кинотеатрах были установлены цифровые проекторы. То же самое было сделано для традиционный и компьютерно-анимированный гибридный фильм Тарзан который тот же год. Позже в том же году История игрушек 2 был первым фильмом, который был полностью создан, отредактирован и распространен в цифровом виде, и многие кинотеатры установили для его выпуска цифровые проекторы. DLP Cinema была первой коммерческой технологией цифрового кино и лидирующей технологией цифрового кино с долей рынка примерно 85% во всем мире по состоянию на декабрь 2011 года. Цифровое кино имеет некоторые преимущества перед пленкой, поскольку пленка может выцветать, подпрыгивать, царапаться и накапливаться . Цифровое кино позволяет контенту фильма сохранять стабильное качество с течением времени. Сегодня большая часть содержания фильмов также записывается в цифровом виде. Первый полностью цифровой живое действие особенный снимок без фильм был выпущен в 2002 году, "Звездные войны. Эпизод II: Атака клонов".

DLP Cinema не производит оконечные проекторы, а предоставляет проекционные технологии и тесно сотрудничает с Barco, Christie Digital и NEC, которые производят оконечные проекционные блоки. DLP Cinema доступен владельцам кинотеатров в нескольких разрешениях в зависимости от потребностей экспонента. К ним относятся 2K - для большинства театральных экранов, 4K - для больших театральных экранов и S2K, который был специально разработан для небольших кинотеатров, особенно на развивающихся рынках по всему миру.

2 февраля 2000 г. Филипп Бинан, технический менеджер проекта Digital Cinema Project в г. Gaumont в Франция, реализовал первую цифровую кинопроекцию в г. Европа[5] с технологией DLP CINEMA, разработанной Texas Instruments. DLP в настоящее время занимает лидирующую позицию на рынке профессиональной цифровой кинопроекции,[6] в основном из-за его высокой контрастности и доступного разрешения по сравнению с другими технологиями цифровой фронтальной проекции. По состоянию на декабрь 2008 года по всему миру установлено более 6000 цифровых кинотеатров на базе технологии DLP.[7]

DLP-проекторы также используются в RealD Cinema и новее IMAX театры для 3-D фильмы.

Производители и рынок

56-дюймовый телевизор с обратной проекцией DLP

С момента коммерческого внедрения в 1996 году технология DLP быстро завоевала долю рынка фронтальной проекции и в настоящее время занимает более 50% мировой доли фронтальной проекции в дополнение к 85% доли мирового рынка цифрового кино. Кроме того, в категории pico (маленький мобильный дисплей) технология DLP занимает около 70% рынка. Более 30 производителей используют набор микросхем DLP для питания своих систем проекционного дисплея.

Плюсы

  • Гладкие (при разрешении 1080p) изображения без дрожания.
  • Достижимы идеальная геометрия и отличная линейность оттенков серого.
  • Обычно отлично Контраст ANSI.
  • Использование сменного источника света означает потенциально более длительный срок службы, чем у ЭЛТ и плазменных дисплеев (это также может быть недостатком, как указано ниже).
  • Источник света заменить легче, чем подсветка используется с ЖК-дисплеями, а на DLP часто заменяется пользователем.
  • Свет от проецируемого изображения не является естественным поляризованный.
  • Новые светодиодные и лазерные системы отображения DLP более или менее исключают необходимость замены лампы.
  • DLP предлагает доступный проекционный 3D-дисплей из одного устройства и может использоваться как с активными, так и с пассивными 3D-решениями.
  • Легче, чем ЖК-телевизоры и плазменные телевизоры.
  • В отличие от жидкокристаллических и плазменных аналогов, экраны DLP не зависят от жидкости в качестве среды проецирования и, следовательно, не ограничены в размерах из-за присущих им зеркальных механизмов, что делает их идеальными для все более крупных экранов высокой четкости в кинотеатрах и местах проведения.
  • Проекторы DLP могут обрабатывать до семи отдельных цветов, что дает им более широкую цветовую гамму.

Минусы

На задней панели Mitsubishi XD300U показаны доступные выходные и входные разъемы.
  • Некоторых зрителей беспокоит «эффект радуги», присутствующий в моделях цветового круга, особенно в старых моделях (объяснено выше). Это можно легко наблюдать, используя цифровой видоискатель камеры на проецируемом контенте.
  • DLP-телевизоры с обратной проекцией не такие тонкие, как ЖК-дисплеи или плазменные плоские панели (хотя они примерно сопоставимы по весу), хотя некоторые модели с 2008 г. стали монтироваться на стену (при толщине от 10 до 14 дюймов)[8]
  • Замена лампы / лампочки в ламповых блоках. Срок службы дуговой лампы составляет в среднем 2000–5000 часов, а стоимость замены составляет от 99 до 350 долларов в зависимости от марки и модели. В устройствах нового поколения используются светодиоды или лазеры, которые эффективно устраняют эту проблему, хотя потенциально может потребоваться замена светодиодных чипов в течение длительного срока службы телевизора.
  • Некоторых зрителей раздражает пронзительный вой цветового круга.[9][10][11] Однако систему привода можно спроектировать так, чтобы она была бесшумной, и некоторые проекторы не производят слышимого шума цветового колеса.
  • Шум дизеринга может быть заметен, особенно в темных областях изображения. Новые (после ~ 2004 г.) поколения чипов имеют меньше шума, чем более старые.
  • Артефакты диффузии ошибок, вызванные усреднением тени по разным пикселям, поскольку один пиксель не может точно передать оттенок
  • Время отклика в видеоиграх может зависеть задержка апскейлинга. В то время как все телевизоры высокой четкости имеют некоторую задержку при повышении разрешения входного сигнала с более низким разрешением до их собственного разрешения, DLP обычно имеют более длительные задержки. Новые консоли с HD выходные сигналы не имеют этой проблемы, если они подключены кабелями с поддержкой HD.[12]
  • Уменьшенный угол обзора по сравнению с технологиями прямого обзора, такими как ЭЛТ, плазма и ЖКД
  • Может потреблять больше электроэнергии и производить больше тепла, чем конкурирующие технологии.

Задняя проекция DLP, LCD и LCoS

Наиболее похожая конкурирующая система с DLP известна как LCoS (жидкий кристалл на кремнии ), который создает изображения с помощью стационарного зеркала, установленного на поверхности чипа, и использует жидкокристаллическую матрицу (похожую на жидкокристаллический дисплей ), чтобы контролировать количество отраженного света.[13] Телевизионные системы на основе DLP также считаются меньшими по глубине, чем традиционное проекционное телевидение.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ «Как работает цифровая обработка света». THRE3D.com. Архивировано из оригинал 21 февраля 2014 г.. Получено 3 февраля 2014.
  2. ^ Инструменты Техаса. «Описание и параметры отображения HD-видео и данных для мобильных устройств DLP3010». Получено 2014-10-13.
  3. ^ Великая война технологий: LCD против DLP. Автор: Эван Пауэлл, 7 декабря 2005 г. Доступно в Интернете по адресу: http://www.projectorcentral.com/lcd_dlp_update7.htm?page=Rainbow-Artifacts. Доступ 27 декабря 2011 г.
  4. ^ «Светодиоды PhlatLight компании Luminus Devices освещают новый цифровой холст-дисплей Christie MicroTile». Businesswire. Архивировано из оригинал 19 сентября 2012 г.
  5. ^ Cahiers du cinéma, n ° hors-série, Париж, апрель 2000 г., стр. 32.
  6. ^ Техасский бизнес В архиве 2012-01-26 в Wayback Machine
  7. ^ TI (15 февраля 2008 г.). "Ежегодник европейского кино". Mediasalles. Получено 2008-02-15.
  8. ^ Futurelooks.com
  9. ^ "DLP-телевизор: почему из моего DLP-телевизора идет шум?". Архивировано из оригинал на 2010-10-05.
  10. ^ "Форум Samsung LNT2653H, 26-дюймовый ЖК-телевизор высокой четкости: Высокий шум".
  11. ^ «Экустика: шум с серией Samsung DLP HLP».
  12. ^ «Телевизоры высокой четкости и отставание от видеоигр: проблема и решение». Форум AVS. 2005-07-11. Получено 2007-08-13.
  13. ^ «4 стиля HDTV». CNET.com. 2007-03-13. Получено 2007-08-13.

дальнейшее чтение

внешняя ссылка