大屏幕投影技术的发展及其在高速公路领域的应用

1大屏幕投影技术的发展及其在高速公路领域的应用张国华山西省自动化研究所摘要介绍投影技术的发展情况，以及它在高速公路机电系统方面的应用。关键词投影技术，发展，高速公路，应用一、前言投影作为显示技术领域的一项重要学科，近年来发展迅速，其方式也由最初的阴极射线技术，发展为多种投影方式。其技术日益成熟、显示效果日益精美、控制方式日益灵活、应用日益广泛。高速公路作为国家近年来投资与发展的重点，近年来也发生了巨大的变化。高速公路的发展方向及服务方式也产生了巨大的改变，由原先的单纯提供高速、便捷的交通条件，逐步转变为多元化的服务系统。它可以向相关部门提供交通以外的诸如道路气候状况、道路交通流量、道路视频信息、车辆缉查信息等多种信息，从而服务于更广泛的领域。服务的多元化、先进化，必然带来了技术及设备的先进化，因而越来越多的先进技术及设备进入了高速公路机电系统的应用中来。投影技术作为一种重要的显示技术，目前已在高速公路领域有了深入的应用。二、投影技术的发展现状到目前为止，投影主要通过三种显示技术实现：CRT、LCD、DLP。CRT是CathodeRayTube的英文缩写，即阴极射线管。它是实现最早、应用最为广泛的一种显示技术。它把输入信号源分解为R（红）、G（绿）B（蓝）三个阴极射线投射在涂有荧光粉的屏上，荧光粉在高压下发光，在屏幕上显示出彩色图像。由于使用内光源，也叫主动式投影方式。CRT技术成熟，显示的图像色彩丰富，还原性好，具有丰富的几何失真调整能力，因而应用非常普通，我们常用的电视机、电脑显示器即大多为使用技术。但由于图像分辨率与亮度相互制2约，直接影响了CRT投影机的亮度值，因此其应用受到一定限制。本文所要重点介绍的的大屏幕投影主要采用后两种方式，因此仅对CRT技术作一简单介绍。下面重点介绍LCD与DLP投影技术。LCD是LiquidCristalDevice（液晶设备）的英文缩写，是利用液晶的光电效应，即液晶分子的排列在电场作用下发生变化，影响其液晶单元的透光率或反射率，从机时影响它的光学性质，产生具有不同灰度层次及颜色的图像。LCD投影技术始于八十年代末，分为TFT-LCD、p-SiLCD(多晶硅)和a-SiLCD(非晶硅)等，都是基于不同性质材料的LCD技术。PolySiliconLCD（多晶硅）技术是由三片LCD矩阵板构成的,尺寸一般为0.9”、1.3”和最大到1.8”,他们通常都比一个0.9（或0.7）英寸的DMD(DLP芯片)的尺寸大。每一片LCD矩阵板可以在处理高亮的像素时不致于损失过多的对比度。分色滤镜可以将白光分解成红、绿、蓝三种基色。每一种基色光束通过其对应的带有偏振装置的LCD矩阵获得对应的图像。最后所有的光束最终在一个x型立方菱镜上被重新混合，得到彩色的图象显示。LCD的投影系统通常体积都较大，结构更加复杂。DLP（DigitalLightProcessing）数字光处理器是一项全新的投影显示技术，它以DMD（DigitalMicromirrorDevice）数字微反射器作为光阀成像器件，采用数字光学处理技术调制视频信号，驱动DMD光路系统，通过投影透镜获取大屏幕图像。DLP技术是显示领域划时代的革命，正如CD在音频领域产生的巨大革命一样，DLP已为数字投影显示翻开新的一页。DLP投影机的技术优势如下：1.数字优势:全数字技术的采用,使图像灰度等级达256级，色彩达256³种，图像噪声消失，画面质量稳定，精确的数字图像可不断再现，而且历久弥新；2.反射优势：反射式DMD器件的应用，使成像器件的总光效率达60%以上，对比度和亮度的均匀性都非常出色；3.无缝优势：可显示高品质的无缝图像。在DMD块上，每一个象素面积为16m×16m=256m2,间隔为1m，有90%以上的DMD面积都是反射光线的有效面积，DLP投影机能产生高品质的无缝图像，画面均匀，色彩锐利，它抛弃了传统意义上的会聚，调整十分便利，特别适用于拼墙。DLP技术相对于LCD技术而言，有着较大的优势：DLP投影系统的光效率要远高于LCD系统：为了获得相同的亮度输出，DLP投影机通常使用长寿命的100W灯泡，但是LCD投影机不得不使用短寿命的200~300W的灯泡。3LCD投影技术的色彩还原效果较差：所有的LCD投影机产生的画面都会呈现明显的偏绿色效果。DLP投影机具备更好的亮度均匀性：当显示一个白色背景时候，LCD投影机的画面部分区域会出现明显的“热斑（太阳）效应”，而DLP投影机就没有这个的缺点。LCD投影机色彩会聚效果较差：基于LCD技术的投影机使用三块LCD显示矩阵板，这些矩阵板是定位在分色菱镜的各个面上，有的是固定死的，有的可以通过精密的螺丝去微调角度来使三色会聚，但是这种排列和调整从来就没有达到完全会聚的效果。而且会聚差的效果通过光学镜头后被成倍的放大。DLP拼墙技术的显示单元采用单片DMD，通过分色轮来分时显示，杜绝了这个明显的缺点。LCD投影机的色彩平衡较难保证：这是因为LCD投影机的构造非常复杂，中间环节包含了过多的分色滤镜和偏振片等。由于这些光学器件生产品质极难控制，离散性很大，致使分色精度太差。而DLP技术，特别是最新的DLP投影拼墙技术，色平衡已经取得令人满意的效果，在国内外均有实例。LCD投影机的对比度较差：LCD投影机的对比度在100:1到200:1之间，DLP投影机的对比度在1000:1到1300:1之间。4000小时后LCD的偏振片的老化现象明显：这就造成了LCD投影机在使用六个月后就几乎不可能再进行色彩平衡的调整，更进一步说，也就意味着保持整个显示墙的色彩平衡是不可能的事情。LCD板和各种滤镜片等器件的使用寿命非常短，在许多工程实例中，寿命约为半年。LCD投影机在第一年内将会出现很明显的对比度下降（约50%），这是灯泡发出的紫外线光束，它破坏了灰度的等级。LCD投影机经常出现坏死的像素点持续显示，甚至包括新LCD投影机。三、大屏幕投影技术在高速公路领域的应用大屏幕作为主要的显示设备，常常被安装在高速公路分中心、中心以及省中心的监控大厅内，提供相应路段内视频信息及其它道路监控信息的直观显示。最初的高速公路，这些信息常用监视器墙、地图板等设备来显示。但由于监视器尺寸受限，当需要对某一信息重点显示时，就显得力不从心。同样，地图板用来显示道路走向及沿线车流量、气候等信息尽管非常直观，但却缺乏灵活性。在道路情况发生变化或道路设施发生增减时，设备需要做较大的变动，后期扩充4及升级十分复杂。而大屏幕投影恰恰能够在实现上述设备功能的前提下，避免了它们的不足或缺憾。它组成非常灵活，可单模块显示，也可以利用图形拼接设备进行阵列方式组合，如由4、6、8、9乃至更多块投影屏组成一块大的显示屏。它的显示也非常灵活，可在几块屏上拼接显示某一重点信息，或将一块屏分割为多个显示窗口同时显示多个信息。目前我国多条高速公路在监控分中心、中心已经安装使用了大屏幕投影设备。山西省运风高速公路、夏汾高速公路等多条高速公路及省中心都有成功使用的案例。科学技术的发展为其在实践领域的广泛应用为创造了条件，实际工程中各种设备的应用也离不开相关技术学科的发展和创新。随着投影技术的不断发展、新设备的不断出现，其在高速公路机电领域的应用也必将更加深入和广泛。