什么是大屏幕投影拼接墻/邊緣融合技術(shù)

什么是大屏幕投影拼接墻/邊緣融合技術(shù)

大屏幕投影拼接墻
??? 大屏幕投影拼接墻是由多臺(tái)投影機(jī)、多個(gè)投影屏及圖像控制器構(gòu)成的大屏幕顯示系統(tǒng)，一般用于一個(gè)畫面的超大屏幕顯示或特技顯示以及多個(gè)畫面的多窗口顯示（區(qū)別于多屏顯示）。所以輸入信號(hào)全部通過圖像控制器處理后分配輸出到每臺(tái)投影機(jī)上，每個(gè)顯示畫面可以跨越投影屏邊界。?

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??? 投影單元的顯示品質(zhì)直接影響著整個(gè)投影墻的效果，采用不同類型的投影單元會(huì)得到大不相同的結(jié)果。圖像處理器是投影墻系統(tǒng)的核心。其作用是將計(jì)算機(jī)、視頻、網(wǎng)絡(luò)等要顯示的信號(hào)送到圖像拼接控制器，經(jīng)處理后的圖像信號(hào)被分別送到相應(yīng)的投影單元，每個(gè)投影單元只顯示整個(gè)圖像的一個(gè)部分，全部投影單元加在一起就構(gòu)成了一幅超大分辨率的完整大畫面，大畫面的分辨率為每個(gè)投影單元分辨率的倍數(shù)。每路信號(hào)的圖像均是以窗口的形式顯示在投影墻上。窗口位置、大小、數(shù)量可任意改變。大屏幕的管理是由軟件實(shí)現(xiàn)的。大屏幕管理軟件用以實(shí)現(xiàn)：投影墻的調(diào)整、窗口管用、網(wǎng)絡(luò)控制、矩陣切換等功能。還可以預(yù)存一些常用的模式，使用時(shí)可隨時(shí)調(diào)用預(yù)存模式，即可實(shí)現(xiàn)預(yù)期效果，從而簡(jiǎn)化了操作，提高了效率。
??? 目前大屏幕投影拼接墻從功能上分為為電視墻和綜合顯示墻兩個(gè)類別。僅僅用于視頻顯示的稱為電視墻，用于活動(dòng)視頻、計(jì)算機(jī)圖、文等信息顯示的稱為信息綜合顯示墻，用投影機(jī)拼接方式組建的大屏幕顯示系統(tǒng)，在功能性、實(shí)用性以及顯示效果等方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他顯示設(shè)備的拼接。單項(xiàng)工程中數(shù)量最多可達(dá)到數(shù)十臺(tái)，屏蔽從一至多層不等。
??? 大屏幕的主要作用是顯示視頻、數(shù)據(jù)和圖像信號(hào)，這些信號(hào)可以來自PC機(jī)、工作站、攝像機(jī)、影碟機(jī)、放像機(jī)、視頻展示臺(tái)等。由于顯示尺寸大，可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)、圖像、視頻圖像的切換顯示或混合顯示，可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)窗口信號(hào)的顯示，以實(shí)現(xiàn)信息綜合。

邊緣融合技術(shù)

　專業(yè)大屏幕投影系統(tǒng)就是采用多個(gè)投影系統(tǒng)組合而成的多通道顯示系統(tǒng)，它比普通的標(biāo)準(zhǔn)投影系統(tǒng)具備更大的顯示尺寸、更寬的視野、更多的顯示內(nèi)容、更高的顯示分辨率以及更具沖擊力和沉浸感的視覺效果。

　　專業(yè)大屏幕系統(tǒng)以前一般用于虛擬仿真、系統(tǒng)控制和科學(xué)研究，近來開始向展覽展示、工業(yè)設(shè)計(jì)、教育培訓(xùn)、會(huì)議中心等專業(yè)領(lǐng)域發(fā)展。

　　專業(yè)大屏幕系統(tǒng)包括有縫拼接和無(wú)縫拼接系統(tǒng)兩種不同的工藝。

1、 什么是邊緣融合技術(shù)？

　　邊緣融合技術(shù)就是將一組投影機(jī)投射出的畫面進(jìn)行邊緣重疊，并通過融合技術(shù)顯示出一個(gè)沒有縫隙更加明亮，超大，高分辨率的整幅畫面，畫面的效果就象是一臺(tái)投影機(jī)投射的畫面。

　　當(dāng)二臺(tái)或多臺(tái)投影機(jī)組合投射一幅畫面時(shí)，會(huì)有一部分影象燈泡重疊，邊緣融合的最主要功能就是把二臺(tái)投影機(jī)重疊部分的燈光亮度逐漸調(diào)低，使整幅畫面的亮度一致。

　　現(xiàn)在市場(chǎng)上也有很多拼接方式，如LED液晶拼接墻，電視拼接墻，投影箱體的拼接墻等，但是相對(duì)于不同應(yīng)用場(chǎng)所，LED液晶拼接墻以及投影箱體拼接墻始終是由一個(gè)一個(gè)的畫面拼圖而成，使得畫面的完整性受到一定的影響。邊緣融合技術(shù)是近年來興起的一個(gè)新的無(wú)縫拼接技術(shù)，它更好的改善了拼接圖像的視覺效果。

2、 為什么選用邊緣融合？
? 2.1邊緣融合的產(chǎn)生

　　邊緣融合的應(yīng)用來源于模擬仿真/立體影院系統(tǒng)。追求亮麗的超大畫面，純真的色彩，高分辨率的顯示效果，歷來是人們對(duì)視覺感受的一種潛在要求。大到指揮監(jiān)控中心，網(wǎng)管中心的建立，小到視頻會(huì)議，學(xué)術(shù)報(bào)告，技術(shù)講座和多功能會(huì)議室的進(jìn)行，對(duì)大畫面，多色彩，高亮度，高分辨率顯示效果的需求越來越強(qiáng)烈。

　　最近迅速崛起的數(shù)字化邊緣融合大屏幕拼接投影顯示技術(shù)，正在逐步適應(yīng)這一需求。隨著投影顯示技術(shù)的不斷發(fā)展與創(chuàng)新，以及人們對(duì)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為市場(chǎng)的迫切需求。

　2.2邊緣融合的優(yōu)勢(shì)　

　　增加圖象尺寸和畫面的完整性
　　增加圖像亮度
　　增加分辨率
　　超高分辨率
　　縮短投影機(jī)投射距離
　　特殊形狀的屏幕上投射成像（比如弧形幕/球形幕）
　　增強(qiáng)圖像層次感

　　2.1.1增加圖像尺寸，畫面的完整性

　　很明顯，多臺(tái)投影機(jī)拼接投射出來的畫面一定會(huì)比單臺(tái)投影機(jī)投射出來的畫面尺寸更大。

　　鮮艷靚麗的畫面，會(huì)帶給人們不同凡響的視覺沖擊，而如何消除畫面拼接的光學(xué)縫隙呢？邊緣融合技術(shù)使這種問題迎刃而解。這種技術(shù)的出現(xiàn)，更大程度上保證了畫面的完美性和色彩的一致性。

　　完整畫面的優(yōu)點(diǎn)也不需要過多的陳述，因?yàn)橥昝喇嬅娴娘@示對(duì)于欣賞者而言總是一目了然。

　　2.1.2增加圖像亮度

　　當(dāng)一臺(tái)投影機(jī)的投射尺寸被放大時(shí)，圖像亮度就會(huì)降低，而用多臺(tái)同樣亮度的投影機(jī)拼接投射出相同大小的圖像時(shí)就可以保持畫面原有的亮度。

　　2.1.3增加分辨率

　　每臺(tái)投影機(jī)投射整幅圖像的一部分，這樣展現(xiàn)出的圖像分辨率就被提高了。比如，一臺(tái)投影機(jī)的物理分辨率是800＊600，三臺(tái)投影機(jī)融合25%后，圖像的分辨率就變成了2000＊600

　　2.1.4超高分辨率

　　利用帶有多通道高分辨率輸出的圖像處理器和計(jì)算機(jī)，可以產(chǎn)生每通道為1600＊1200象素的三個(gè)或更多通道的合成圖像。如果融合25%的象素，可以通過減去多余的交疊象素產(chǎn)生4000＊1200分辨率圖像。目前市場(chǎng)上還沒有可在如此高的分辨率下操作的獨(dú)立顯示器。其解決辦法為使用投影機(jī)矩陣，每個(gè)投影機(jī)都以其最大分辨率運(yùn)行，合成后的分辨率就是減去交疊區(qū)域象素后的總和。

　　2.1.5縮短投影機(jī)投射距離

　　隨著無(wú)縫拼接的出現(xiàn)，投影距離的縮短變成必然。比如，原來200英寸（4000＊3000mm）的屏幕，如果要求沒有物理和光學(xué)拼縫，將只能采用一臺(tái)投影機(jī)，投影距離＝鏡頭焦距＊屏幕寬度，即使采用1.2：1的廣角鏡頭，我們的投影距離也要4.8米，現(xiàn)在采用邊緣融合技術(shù)后，用4臺(tái)投影機(jī)投射同樣大小的畫面，投射距離只需要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，在圓柱或球形的屏幕上投射畫面，單臺(tái)投影機(jī)就需要較遠(yuǎn)的投影距離才可以覆蓋整個(gè)屏幕。而多臺(tái)投影機(jī)的組合因每臺(tái)投影機(jī)投射的畫面較小，所以距離也就縮短了很多。

　　還有一個(gè)更重要的功能是，如果只用一臺(tái)投影機(jī)來投射整張弧形幕，則很難聚焦，因?yàn)榛∠揖嗵蠛茈y選出一個(gè)合適的基準(zhǔn)焦點(diǎn)。多臺(tái)投影機(jī)就可使弧弦距縮短到盡量小，這樣就比較容易找出畫面的合適焦點(diǎn)。對(duì)于弧形或球形屏幕應(yīng)用，使用邊緣融合技術(shù)后對(duì)圖像分辨率，明亮度和聚焦效果來說是一個(gè)更好的選擇。

　　2.1.7增加畫面層次感

　　由于采用了邊緣融合技術(shù)，畫面的分辨率，亮度得到增加，同時(shí)配合高質(zhì)量的投影屏幕，就可以使得整個(gè)顯示系統(tǒng)的畫面層次感和表現(xiàn)力明顯增強(qiáng)。

　2.2邊緣融合系統(tǒng)與傳統(tǒng)拼接的差異

　　在超大尺寸的屏幕上顯示多個(gè)畫面內(nèi)容，通常有以下幾種方法：

　　箱體拼接
　　多張屏幕拼接
　　整張屏幕無(wú)縫邊緣融合

　　在傳統(tǒng)的拼接方式中無(wú)論是箱體的拼接還是多張屏幕的拼接，都無(wú)法消除畫面本身存在的物理拼縫。

　　而在新的邊緣融合技術(shù)中，由于采用整幅屏幕，所以消除了傳統(tǒng)拼接存在的屏幕間的生理縫隙，從而使得屏幕顯示的圖像整幅保持完整。而采用邊緣融合處理技術(shù)后，更消除了光學(xué)縫隙，從而使顯示的圖像完全一致，保證了顯示圖像的完整性和美觀性。這在邊緣融合顯示地圖，圖紙等圖像信息時(shí)更為重要，因?yàn)樵趫D紙，地圖上存在大量的線條或路線等，而屏幕縫隙和光學(xué)縫隙就會(huì)造成圖像顯示污染，容易使觀察人員把顯示的圖像線條和拼接系統(tǒng)本身的線條誤為一體，從而導(dǎo)致決策和研究失誤。而通過邊緣融合處理，就可以避免出現(xiàn)這種情況。

　　在邊緣融合拼接系統(tǒng)中，所有圖像都經(jīng)過邊緣融合處理器進(jìn)行了校正和統(tǒng)一，這樣在大屏幕上進(jìn)行圖像顯示和切換時(shí)，無(wú)論切換什么格式的圖像，整個(gè)屏幕的亮度，色彩，鮮艷度，均勻度都比較一致。

　　由于在處理器中對(duì)投影顯示圖像進(jìn)行了處理，可以對(duì)不同投影信號(hào)間的色差，亮差，均勻度進(jìn)行調(diào)整，這也使得該系統(tǒng)顯示的圖像質(zhì)量更完美。

　　邊緣融合圖像處理器除了具有邊緣融合和圖像多畫面處理功能外，還有圖像存儲(chǔ)和調(diào)用功能，可以把本身存儲(chǔ)的高分辨率圖像直接作為大屏幕系統(tǒng)的背景進(jìn)行顯示，這在實(shí)際使用中非常具有實(shí)用價(jià)值。

3、 邊緣融合的方式

　　在實(shí)際應(yīng)用中通常會(huì)有以下三種方式：

　3.1寬視角的排列

　　多臺(tái)投影機(jī)水平排列組合可以打出更寬幅的畫面

　　隨著用戶對(duì)超大，完美顯示需求的日益增加，這種寬視角排列方式更多地應(yīng)用于大型的會(huì)議中心，演藝中心，展覽館和軍事項(xiàng)目等等。

　　比如天津開發(fā)區(qū)泰達(dá)酒店會(huì)議中心的工程案例。

　　這個(gè)工程主要是采用邊緣融合技術(shù)建設(shè)千人音樂廳舞臺(tái)中央的正投影系統(tǒng)。為了增強(qiáng)千人音樂廳的投影效果，滿足高層次的會(huì)議需求。提高正投影系統(tǒng)的亮度，使用靈活性，選用能夠提供極佳投影效果的邊緣融合拼接投影系統(tǒng)，最終可以得到一個(gè)寬達(dá)12米高達(dá)3.3米的超大尺寸無(wú)縫屏幕和一個(gè)整體亮度高達(dá)12000ANSL流明的超高亮度完整圖像，且具備多畫面同屏顯示能力。

　　會(huì)場(chǎng)的特點(diǎn)是面積較大且層高非常高，因此必須采用較大面積的多屏幕投影顯示系統(tǒng)。我們必須首選確定投影方式（正投，背投），然后根據(jù)選定的投影方式確定具體的多屏幕解決方案。

　　會(huì)場(chǎng)的特點(diǎn)是面積雖然較大，但主席臺(tái)面積不大，不能提供背投系統(tǒng)所需的空間，因此我們選用正投作為本會(huì)場(chǎng)基本的投影方式。

　　主席臺(tái)的寬度較寬，因此采用單個(gè)投影顯然無(wú)法滿足實(shí)際使用需求，必須采用多個(gè)投影。而目前占用較小面積得多投影的解決方案主要有以下向種方式：專用背投拼接箱，分離式拼接，邊緣融合正投拼接。

　　針對(duì)傳統(tǒng)拼接和邊緣融合正投拼接進(jìn)行比較選擇后，用戶感覺傳統(tǒng)拼接方式存在不可消除的屏幕物理拼縫和投影光學(xué)拼縫，有一定的色差。最后選擇了邊緣融合拼接投影技術(shù)。

　3.2多臺(tái)投影機(jī)垂直堆積產(chǎn)生縱向的顯示畫面

　　這種特殊排列的創(chuàng)意也逐漸被人們所欣賞，通常應(yīng)用于廣告行業(yè)或一些特殊要求的現(xiàn)場(chǎng)演示會(huì)。

　3.3多臺(tái)投影機(jī)堆積出更高更寬幅的超大畫面

　　當(dāng)客戶提出更多的圖像信號(hào)源處理及更大視野顯示需求時(shí)，還可通過多臺(tái)投影機(jī)融合堆積出更高更寬幅的畫面，這種應(yīng)用通常在監(jiān)控中心和指揮中心。

4、 組成邊緣融合系統(tǒng)需要哪些設(shè)備？

　4.1信號(hào)源

　　組成邊緣融合系統(tǒng)的信號(hào)源可以是多種多樣。例如現(xiàn)在工程中常用的有：VGA（筆記本，臺(tái)式機(jī)，圖形工作站），Video（攝像機(jī)，DVD）以及DVI，SDI（廣播級(jí)信號(hào)源）HD　SDI等等。

　4.2圖像邊緣融合處理器

　　圖像邊緣融合處理器是實(shí)現(xiàn)從獨(dú)立屏幕演示過渡到多個(gè)投影機(jī)無(wú)縫寬屏演示的核心設(shè)備。

　　圖像邊緣融合處理器的功能全部由一臺(tái)大屏幕處理器來實(shí)現(xiàn)和操作。如：邊緣融合，多路輸入源選擇，無(wú)縫切換，圖像處理和操作人員控制等?？蓾M足支持多窗口顯示，并且以無(wú)縫融合寬屏信號(hào)為背景的多畫面顯示應(yīng)用。

　　處理器視頻處理包括數(shù)據(jù)復(fù)制，用以生成重疊投影區(qū)域，以及重疊圖像的邊緣羽化。數(shù)據(jù)重疊和邊緣羽化的交叉數(shù)據(jù)幅度可由用戶自主編程。

　　經(jīng)過這個(gè)處理器進(jìn)行屏幕拼接及邊緣融合處理后，整個(gè)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)以下功能：

　　1） 多個(gè)信號(hào)輸入

　　根據(jù)要求，系統(tǒng)可配置為多個(gè)信號(hào)源輸入。對(duì)于多屏安裝，每個(gè)信號(hào)源輸入可根據(jù)安裝使用的屏幕數(shù)量被復(fù)制。

　　2） 多個(gè)通道輸出

　　比如有的處理器具有多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的DVI輸出，可支持任何顯示終端。對(duì)于每個(gè)輸出通道，分辨率最高可支持UXGA（1600＊1200）。

　　3） 高級(jí)的效果控制

　?。暣翱刂?br>　　可以根據(jù)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(shù)字放大
　　在每一視窗內(nèi)，均可對(duì)圖像進(jìn)行所需的縮放。

　?。?特效控制
　　選擇產(chǎn)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(jìn)飛出等。

　?。?次序控制
　　所疊加的窗口可以動(dòng)態(tài)方式存在，用戶可決定任一窗口放置的前后次序。

　?。?邊緣融合
　　內(nèi)置的邊緣融合功能和羽化特性可產(chǎn)生光滑的全景重疊。

　?。?直觀，簡(jiǎn)潔的控制軟件
　　控制軟件通過友好的管理界面，數(shù)字化的處理方式，方便用戶進(jìn)行信號(hào)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，控制臺(tái)或中央集中控制系統(tǒng)

　4.4投影機(jī)

　　利用邊緣融合技術(shù)的顯示系統(tǒng)可以使用CRT，LCD，DLP，LCOS等多種顯示技術(shù)的投影機(jī)產(chǎn)品。但是應(yīng)用中需要注意的是：投影機(jī)的亮度，分辨率，均勻度。

　　4.4.1　CRT投影機(jī)

　　CRT是實(shí)現(xiàn)最早，應(yīng)用廣泛的一種顯示技術(shù)。這種投影機(jī)可以把輸入信號(hào)源分成R（紅），

　　G（綠），B（藍(lán)）三種顏色，經(jīng)過發(fā)光系統(tǒng)放大，匯聚，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(diào)整能力，但其亮度較小，另外CRT投影機(jī)操作復(fù)雜，機(jī)身體積大，只適合安裝于環(huán)境光較弱，相對(duì)固定的場(chǎng)所，不宜搬動(dòng)。

　　4.4.2　LCD投影機(jī)

　　目前的LCD投影機(jī)大多是三片式設(shè)計(jì)。

　　LCD投影機(jī)成像器件是液晶板。利用外光源把強(qiáng)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(hào)源經(jīng)過液晶板顯示在大屏幕上成像。多用于臨時(shí)演示，商務(wù)會(huì)議和教育行業(yè)。

　　4.4.3　DLP投影機(jī)

　　DLP投影技術(shù)的誕生實(shí)現(xiàn)了數(shù)字信息顯示。DLP技術(shù)是顯示領(lǐng)域劃時(shí)代的革命，它以DMD (Digital Micromirror Device)數(shù)字微反射器作為光閥成像器件。

　　DLP投影機(jī)的技術(shù)首選是數(shù)字優(yōu)勢(shì)。數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用，使圖像能夠?qū)崿F(xiàn)更高的灰度等級(jí)和更多的色彩。圖像噪聲消失，畫面質(zhì)量穩(wěn)定，精確的數(shù)字圖像可不斷再現(xiàn)。其次是反射優(yōu)勢(shì)。反射式DMD器件的應(yīng)用，使成像器件的光效率大大提高，對(duì)比度和亮度的均勻性都非常出色。DLP投影機(jī)通常分為：單片機(jī)，三片機(jī)。DLP投影機(jī)清晰度高，畫面均勻，色彩銳利，三片機(jī)亮度最高可達(dá)25000流明，可隨意變焦，調(diào)整十分便利。根據(jù)美國(guó)德州儀器發(fā)表的技術(shù)白皮書，DMD的核心壽命長(zhǎng)達(dá)100，000小時(shí)。另外，DLP投影機(jī)還可以做到10bit數(shù)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(biāo)準(zhǔn)有：

　?。聊坏牟馁|(zhì)
　?。聊坏脑鲆嬉约鞍朐鲆嬉暯?br>　?。鶆蚨?br>　?。秸?br>　?。直媛?br>　?。獙?duì)比度
　?。鬅o(wú)縫

　　4.5.2

　　在大屏幕投影系統(tǒng)整體資金比例中，屏幕可能只占有較少的一部分，但是對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的效果而言，卻是至關(guān)重要的，如果投影屏幕選擇不合適，就相當(dāng)于整個(gè)系統(tǒng)設(shè)置了一個(gè)瓶頸，無(wú)論系統(tǒng)其他設(shè)備性能多么優(yōu)良，整體視覺效果都會(huì)受到抑制，無(wú)法把系統(tǒng)的完美性能充分表現(xiàn)出來。在以前的投影系統(tǒng)中，由于受技術(shù)限制，投影機(jī)的亮度無(wú)法做到很高，所以為了增加投影亮度，對(duì)屏幕一般都要求比較高的增益率，但是這樣會(huì)影響對(duì)比度和色彩細(xì)膩程度。如今投影技術(shù)的發(fā)展非常迅速，投影機(jī)的亮度已經(jīng)不是問題，所以對(duì)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(duì)比度和均勻度。在這種應(yīng)用里選擇增益是1.0（＋/－0.5）的屏幕可以獲得更好的成像效果。原因是當(dāng)屏幕的增益越大屏幕的視角就會(huì)越小，如果觀眾不在屏幕的正中間時(shí)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(shè)計(jì)邊緣融合的步驟

　　5.1確定大概尺寸
　　5.2確定投影機(jī)的數(shù)量
　　5.3選擇投影機(jī)（確定投影機(jī)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(yù)設(shè)軟邊融合的區(qū)域值
　　5.7安裝及校準(zhǔn)屏幕和投影機(jī)
　　5.8調(diào)試系統(tǒng)及測(cè)試