Проекционные технологии

Хотя мониторы с кинескопами получили очень широкое распространение, однако их физические размеры также ограничены – в основном, высоким напряжением, необходимым для ускорения электронов. Самые большие кинескопы, которые используются в системах видеонаблюдения, не превышают 68 см (27"). Впрочем, существуют и альтернативные способы формирования большого изображения – это проекционные методы.

Несколько лет назад проекционные мониторы были очень громоздкими, дорогими и сложными в установке и эксплуатации. Обычно они состояли из трех отдельных оптических систем, каждая из которых проецировала свой первичный цвет.

Современные проекторы стали значительно меньше, дешевле, ярче и более простыми в установке и эксплуатации. В большинстве случаев у них есть несколько видеовходов: композитный видеовход, компонентный (или RGB) видеовход, раздельный видеовход Y/C, компьютерный видеовход S‑VGA и др. Большинство проекторов – это устройство с одним объективом, которое проецирует свет через ЖК‑матрицу.

Одним из самых больших достоинств проекционных технологий считается их способность формировать изображение нужного размера в зависимости от доступной поверхности на стене или специальном экране. Проекторы пока еще не могут давать такую же яркость, как кинескоп, но проекционные технологии развиваются стремительно, и на рынке появляются все более и более яркие проекторы.

Яркость обычно выражается в люменах, и типичный ЖК‑проектор имеет около 1500 люменов, чего вполне хватает даже для достаточно освещенной комнаты. (Если быть более точным, то яркость проектора измеряется не в люменах, а в ANSI‑люменах. Это единица, характеризующая среднюю величину светового потока на контрольном экране с диагональю 40" при минимальном фокусном расстоянии вариообъектива. Измеряется величина освещенности в 9 контрольных точках, а для получения результата в ANSI‑люменах значения умножаются на его площадь и усредняются. Прим. ред. )

Разрешение ЖК‑проекторов тоже постоянно растет, и с прогрессом ЖК‑технологии появились проекторы с разрешениями выше XGA и вплоть до SXGA, а этого достаточно для проведения высококачественных презентаций, показа телевизионных программ и, конечно, для систем видеонаблюдения.

Сейчас на рынке в основном представлены две технологии, каждая из которых использует сильный источник света. Эти технологии воплощены в ЖК‑проекторах и DLP‑проекторах. В то время как сейчас DLP‑технология позволяет получить более четкое и яркое изображение, ЖК‑технология не стоит на месте и постоянно совершенствуется.

DLP‑технология была разработана в компании Texas Instruments. Эта технология основана на микросхеме DMD (digital micro‑mirror device , цифровое микрозеркальное устройство), которая представляет собой микросхему памяти с матрицей, состоящей из миллионов микрозеркал (похожей по размерам и виду на ПЗС матрицу).

Рис. 6.25. ЖК‑проектор

Рис. 6.26. В основе каждого DLP‑проектора находится DMD‑матрица, которая разработана и производится только компанией Texas Instruments

Источник света освещает матрицу с зеркалами, а зеркала формируют изображение на экране любого размера. Размер каждого зеркала – 26 миллионных миллиметра. Зеркала так малы, что в крупице соли могут поместиться сотни зеркал.

Каждое зеркало представляет собой пиксел экрана. Все они контролируются схемой, расположенной на матрице, и каждое из сотен переключений выполняется с очень высокой точностью. Зеркало может находиться в одной из двух позиций: отражать свет (зеркало повернуто к источнику света) или не отражать свет (отвернуто от источника света). При очень высокой скорости переключения микрозеркал, которая не воспринимается человеческим глазом как мелькание, можно дозировать количество отраженного света и таким образом передавать градации серого или воспроизводить цвета. Например, если в течение определенного очень короткого периода времени зеркало было чаще повернуто к источнику света, то человеческий глаз это будет воспринимать как светлую точку вплоть до белой. Если же зеркало было чаще отвернуто от источника света, то точка будет восприниматься темной вплоть до черной. Так можно передавать до 1024 градаций серого. В таком виде изображение является черно‑белым, для того чтобы оно стало цветным, применяются специальные вращающиеся с огромной скоростью цветовые фильтры, напоминающие лопасти вентилятора, только размещающиеся на одной поверхности. Переключение фильтров синхронизировано с видеоинформацией, которая поступает на DMD‑матрицу, на частоте, превышающей в три раза скорость обновления поступающих изображений (то есть 150 Гц для PAL и 180 Гц для NTSC).

Отфильтрованный таким образом свет попеременно проецируется на микрозеркала DMD‑матрицы, которые переключаются в соответствии с цифровой видеоинформацией, поступившей и сохраненной в запоминающей матрице. Отраженный от микрозеркал свет попадает на линзу, которая проецирует изображение с поверхности DMD‑матрицы. (Фильтры последовательно создают синее, зеленое и красное изображения, которые человеческий глаз воспринимает как одно цветное. Одной DMD‑матрицей оснащается большинство DLP‑проекторов, но существуют также двух‑и трехматричные схемы. Система с двумя матрицами подразумевает разделение светового потока специальными призмами на две составляющие и пропускание его через фильтр с двумя секторами – желтым (смесь красного и зеленого) и фиолетовым (красный с синим). Система с тремя матрицами аналогична двухматричной, но более традиционна – свет, проходя через призму, разделяется на три составляющих, каждой из которых соответствует одна DMD‑матрица. Цветовые фильтры в таких проекторах уже не требуются. Прим. ред .)

В зависимости от того, используется ли в конструкции DLP‑проектора одна матрица или три, размер яркого проекционного экрана может меняться от 1.5 м до 5 м (по диагонали). Изменяя проекцию вариообъективом, размеры проекции можно увеличивать или уменьшать до практически любых размеров экрана. Но, пожалуй, самыми важными преимуществами (помимо миниатюрных размеров) данной технологии следует назвать высокое разрешение, яркость и точность передачи цветов независимо от размера экрана.

В DLP‑технологии применяется индивидуальная цифровая обработка каждого пиксела. Отсюда и ее название – «цифровая обработка света» (digital light processing ).

Рис. 6.27. Процесс отражения света в DMD

Плазменные панели

Некоторые ученые называют плазму четвертым состоянием вещества (первые три: твердое, газообразное, жидкое). Часто плазму называют ионизированным газом. Теория плазмы находится за пределами сюжета нашей книги, но хотелось бы упомянуть здесь о применении плазмы в видеомониторах.

Такие видеомониторы состоят из массивов пикселов, каждый из которых включает группу из трех люминофоров: красного, зеленого и синего. В противоположность кинескопам, где световое излучение вызвано электронной бомбардировкой, в плазменных панелях газ, находящийся в плазменном состоянии, реагирует с люминофором каждого элемента пиксела. В плазменных панелях каждый подпиксел контролируется индивидуально, что позволяет получить 16.7 млн. цветов.

Благодаря тому факту, что каждый пиксел возбуждается индивидуально, не происходит геометрических искажений, как в кинескопе, а четкость изображения и богатство цветов поднимаются на новые уровни. Контрастность картинки тоже высока, обычно более 400:1, что делает плазменные панели пригодными для ярко освещенных зон.

Так как плазменная панель не требует высоких напряжений (как кинескоп), то возможно увеличение размеров дисплеев. Типичный размер плазменной панели лежит в пределах от 105 см (42") до 125 см (50"). Но самое важное, что толщина плазменных панелей очень мала – от 10 до 15 см (4–6"). Это не только привлекательно с эстетической точки зрения, но и очень удобно для помещений с ограниченным пространством.

Следует отметить, что поскольку работа плазменных панелей основывается на люминофоре, то они со временем выцветают. Производители обычно говорят о 30000 часах работы, после чего яркость снижается до 50 % своей начальной величины. Это порядка трех лет непрерывной работы, примерно столько же работают видеомониторы с кинескопами.

Рис. 6.28. Принцип работы плазменной панели

Рис. 6.29. Плазменная панель

Дисплеи с автоэлектронной эмиссией (технология FED)

Недавно Motorola™ представила еще одну альтернативу отличного воспроизведения, но на экране стандартного размера, а не на проекционном экране. Концепция плоского дисплея с активной эмиссией света получила название «технология FED» (дисплей с автоэлектронной эмиссией).

Вместо одного катода (как в случае стандартного дисплея с кинескопом), в FED‑устройствах на каждый пиксел приходятся сотни маленьких источников катодных лучей. FED‑панель состоит из двух стеклянных пластин, разделенных вакуумом. Заднее стекло (катод) создано из миллионов мельчайших вершинок, источников электронов, ускоряющихся в вакууме. Переднее стекло (анод) покрыто слоями стандартных люминофоров.

FED‑панель обладает многими преимуществами анодного стекла кинескопа, но она тоньше, легче, потребляет меньше энергии и не дает геометрических искажений. Расположение адресуемого х‑у эмиттера исключает нелинейность и подушкообразные искажения, присущие кинескопу. Компании, разрабатывающие FED‑устройства, утверждают, что эти типы панелей будут дешевле, так как их проще изготавливать, чем ЖК‑панели; а поскольку FED‑панели не нуждаются в единой RGB‑пушке (которая и определяет размеры и форму кинескопа), то они будут больше, но тоньше и легче.

Рис. 6.30. Принцип работы FED‑панели