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安防视频监控系统所采用的激光投影显示器

激光投影显示技术(激光投影电视)即激光无拼接大屏幕显示技术,它充分地利用了激光本身的优点,是新的激光图像再现技术。在光的传播方式上,激光光源与传统的白炽灯、卤化物灯有着本质上的不同。普通白炽灯、卤化物灯的光线向所有方向发射,而激光器将所有的光线都聚集在一个平行的光束中。它比传统投影电视能够表达更大的颜色范围,提供更加清晰的图像。

激光投影电视放映系统的不同之处在于,无论激光以垂直或水平角度照射银幕,效果都是一样的,即没有失真。即使怪异的投影几何结构,比如一个拱形银幕,甚至一个圆形屏幕,激光投影在任何地方都不会产生模糊不清的现象。激光投影电视的这种特性为环形放映开创了一个美好的前景。

与传统投影电视中的卤化物灯相比,激光是一种非常高效的光源。在传统投影电视中,卤化物灯只将光线能量的一小部分(2%~3%)进行转化,其余的都变成热量浪费了。而且卤化物灯价格昂贵,易损耗,亮度衰减迅速,对震动非常敏感。而激光投影电视系统的机械部件很少,激光束可以通过镜面进行偏转,系统稳定性好。

当前,投影式激光显示即微显示投影机,由于采用激光光源,因而激光显示具有色域宽、色纯度高、亮度高、节约资源、节省能源、优化环境、显示画面尺寸灵活可变、无有害电磁射线辐射、能够实现不用眼镜的真三维显示等优点。激光显示技术是新型显示技术,是一种具有前瞻性的显示技术,所以国家将激光显示列入“十二五”规划,特别是国家“十二五”科学技术规划,在新一代信息技术中将激光显示列为新型显示首位加以发展,是非常必要而具有战略意义的。

一、激光显示系统工作原理

激光显示系统工作原理如图1所示。

图1激光显示系统工作原理

由图1可知,它主要由三基色激光光源、光学引擎和屏幕三部分组成。其中,光学引擎则主要由红绿蓝三色光阀、合束X棱镜、投影镜头和驱动光阀组成。红、绿、蓝三色激光分别经过扩束、匀场、消相干后入射到相对应的光阀上,光阀上加有图像调制信号,经调制后的三色激光由X棱镜合色后入射到投影物镜,最后经投影物镜投射到屏幕,就可得到激光全色显示图像。

由于激光显示技术是以高饱和度的红、绿、蓝(RGB)三基色激光为光源的显示技术,它充分利用激光波长可选择性和高光谱亮度的特点,使显示图像具有更大的色域表现空间,色域覆盖率可达90%(人眼所能看到的色域中,液晶只能再现27%,等离子为32%,而激光的理论值超过90%),可实现2倍于传统光源的色彩再现能力,色彩饱和度为传统显示的100倍以上。因此,它最大程度地能展现人眼可以识别的色彩,真实地再现客观世界丰富、艳丽的色彩,提供更具震撼的表现力。同时,它完全继承数字时代的高分辨率、数字信号等特征,实现人类有史以来最完美的色彩还原。所以,激光显示将成为下一代显示即大色域全色显示时代的主流技术。

在应用层面,激光显示技术将成为未来高端显示的主流,在公共信息大屏幕、激光电视、数码影院、手机投影显示、便携式投影显示、大屏幕指挥及个性化头盔显示系统等领域具有很大的发展空间和广阔的市场应用前景。可在超大屏幕展现更逼真、更绚丽的动态图像,实现其他显示技术所不能达到的视觉震撼效果。

二、激光显示技术的特点

由于激光显示技术利用半导体泵浦固态激光工作物质,产生红、绿、蓝三种波长的连续激光作为彩色激光显示的光源,通过控制三基色激光光源在DMD芯片上反射成像。因而激光光源显示技术与传统光源显示技术相比,具有如下优势与特点。

(1)激光显示技术节能减排绿色环保。今天,显示技术正进行着一场新的革命,环保节能已经成为了全球各国政府共同的使命,同时环保节能理念日益成为国家与国家、企业与企业生产制造能力竞争的重要手段之一。激光显示作为新一代的节能显示技术具有卓越的低能耗特点。以1000万台LED电视每天工作4小时计算,年耗电共计29亿度,如果这些家庭采用更节能的激光电视每年将节电20亿度,约为几个大型火力发电厂年发电量的总和,相当于每年减少173万吨二氧化碳的排放。同时,激光显示无有害电磁射线辐射,其核心部件在生产过程中不使用任何重金属,没有废水、废气、废物排放,是名副其实的环境友好型绿色环保光源。激光显示技术能节约资源、节省能源、优化环境,非常具有发展前景,是投影显示技术的发展方向。

(2)激光显示具有色域宽、色纯度高,能真实再现客观世界的色彩。激光是100%单色光,激光投影显示红、绿、蓝三色光分别调制,屏幕显示彩色鲜艳纯正。它所显示的图像具有更大的色域表现空间,色域覆盖率可达90%,能实现2倍于传统光源的色彩再现能力,其色彩饱和度为传统显示的100倍以上,可最大程度地能展现人眼可以识别的色彩,真实地再现客观世界丰富、艳丽的色彩。因此,激光显示将成为大色域全色显示时代的主流技术。

(3)激光显示亮度高,稳定可靠,不受视角的方向性影响。由于激光本身的特点,能增加显示亮度,并大幅提高画面色彩和亮度的均匀性、一致性,又能增强图像的层次感。激光显示大屏幕的亮度比LED拼接大屏幕还亮,且稳定可靠,不受视角的方向性影响。它所显示的鲜艳靓丽的画面,能带给人们不同凡响的视觉冲击。

(4)激光显示画面尺寸灵活可变,并可投射到各种材料表面,甚至弯曲表面。激光显示画面尺寸灵活可变,并可投射到各种材料表面,甚至弯曲表面,能实现图像的完整,无失真。如投射在玻璃上,所显示的图像也具有高对比度,且不受外部光线影响,白天夜间与任意角度均可见。我国苏州巨像就开发了这种激光投影仪,安装位置灵活,不仅适用于超市、商店玻璃橱窗、餐饮娱乐场所的玻璃墙面及玻璃屏风,而且适合在任何亮点环境下使用,可以有效地应用于专卖店橱窗、酒吧、咖啡厅、汽车4S店、展会展厅等地点的广告展示和品牌宣传。

(5)激光大屏幕实现真无缝,可适应所有大屏幕标准,且投影距离短,使用寿命超长。激光显示大屏幕实现真无缝,彻底消除图像边缘的物理拼缝,实现图像的完整一体化、无失真、多通道无缝拼接。激光无拼接大屏幕显示系统能为我们呈现出没有任何割裂感觉的整幅画面,能给人们完美的视觉享受。在提高清晰度的同时,高的分辨率使人们感受到细微显示的魅力。这种系统还可适应目前使用的所有大屏幕标准,如PAL制、NTSC制、SECAM制VGA或高清晰度大屏幕。

激光显示大屏幕投影距离短,它可以在不足1m的距离内投射出上百英寸的画面,从而大大提高空间利用率,减少使用成本。并且,它的使用寿命超长,其室温寿命一般可达10万小时,经高温老化试验推算出的室温寿命可达百万小时,可连续长时间不间断开机,可做到八年无须更换光源。

(6)激光显示可多用户同时与机器交互,能实现不用眼镜的真三维显示。激光投影显示技术可做到多个用户同时与机器交互,每个用户可以用多个手指操作屏幕。例如,神州服联技术服务(北京)有限公司的激光投影显示系统,可允许用户在屏幕的多个位置同时输入,代替了鼠标的功能。更重要的是,该系统还可以识别手指的姿态,如可以用两个手指缩放一幅图像,用一根手指移动物体,还可以产生“捏”的效果等。显然,利用激光光源的投影显示技术,能实现不用眼镜的真三维显示,是图像显示技术的发展方向。

三、激光大屏幕显示技术的应用

由于激光投影显示技术具有的独特优势,因而它在公共信息大屏幕、激光电视、数码影院、手机投影显示、便携式投影显示、大屏幕指挥及个性化头盔显示系统等领域具有很大的发展空间和广阔的市场应用前景。它可在超大屏幕展现更逼真、更绚丽的动态图像,实现其他显示技术所不能达到的视觉震撼效果。

一般,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的进行,都是对大画面、多色彩、高亮度、高分辨率显示效果的渴望越来越强烈,而传统的监控电视墙、投影硬拼接屏和箱体拼接墙等,都很难满足人们在这方面的要求。目前,激光无拼接大屏幕投影显示技术,正在逐步成为适应这一需求的有效途径。这种激光无拼接大屏幕投影显示技术一般用于虚拟仿真、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、指挥监控、会议调度、展览宣传、立体动感影院、环幕电影、球幕展示、虚拟仿真、大视野大视角合成军事演练等专业领域发展。显然,激光无拼接大屏幕投影显示技术将成为未来高端显示的主流。

由于激光显示技术是新型显示技术,是一种具有前瞻性的显示技术,我国将激光显示技术早己列入“十二五”规划,特别是国家“十二五”科学技术规划,并在新一代信息技术中将激光显示列为新型显示首位加以发展,因而现在我国激光显示技术总体水平已与国际同步,激光显示大屏产品也已投放市场。2002年9月,在国内首次实现全固态激光全色显示,目前已研制出60英寸激光家庭影院、84英寸及140英寸大屏幕激光显示样机。2006年5月研制成功200英寸大屏幕激光显示工程样机,形成的色域国际最大,可显示世界上最丰富的色彩,具有自主知识产权。我国激光显示技术多项成果达到国际领先、先进水平,在晶体材料、全固态三基色激光、激光显示等关键器件和技术方面均有自己的专利保护。

中国激光显示产品与国际产品的参数比较如表1所示。

表1 中国激光显示产品与国际产品的参数比较
 
  红光/nm 绿光/nm 蓝光/nm 色域(%NTSC) 覆盖率/%
中国 669 515 440 253.4 79.2
日本SONY 642 532 457 214.4 67.0
德国LDT 628 532 446 209.4 65,4
美国LPC 656 532 457 221.7 69.3
美国Q-peak 628 524 449 215.5 673
瑞士ETH 603 515 450 169.0 54.8