編者按: 最近關于多機智能疊加技術的應用在業界引起了不少討論，眾多的廠家、工程商以及用戶也有著不同觀點和看法，新技術的發展總是在爭論和探討中逐漸成熟。就此大家關心的問題，歡迎業界同仁來稿進一步探討。本文觀點僅代表作者本人，與本刊立場無關。

    在近期的InfoAV China雜志和行業內相關網站廣告中，一些新的投影機智能疊加方案吸引了大家的注意，在仔細閱讀相關文章，結合筆者一些經驗，并和一些行業內的朋友仔細溝通論證后，有了一些粗淺的意見，試就這種投影方式與各位前輩專家進一步討論，以期得到大家的真知灼見。

    首先，對投影機的疊加，在工程實施中大家比較普遍的理解是：用兩臺型號、參數完全一致的投影機，通過鏡頭位移或者機身傾斜，投射同一個畫面(同一信號)，像素點完全重合，在一些特殊環境下，達到單臺投影機達不到的亮度；另外一種用途是作為特別重要場合的雙機備份。

    這并不是今天才有的創新產品，或者今天才能實現的技術。很多著名品牌(如Barco)在多年前就有相關成熟應用，典型的案例就是在2005年深圳會展中心的一個大型展廳里，投影機從展廳的一端，投射到展廳的另一端，投射的直線距離超過300米，屏幕是美國Da-Lite的10米×7.5米正投軟幕，增益為1.5。設計之初，根據現場實地測量環境照度、屏幕尺寸、投射距離、信號源質量等各相關因素，得出結論：此方案中需要的投影機亮度至少約為30,000流明(相關公式和計算方法，筆者另文有述)。而當時，業界亮度最高的投影機是比利時Barco的ELM系列中的R18投影機，3DLP芯片，中心流明為18,000流明。顯然，這個亮度不能滿足該項目的需求，但方案設計者經過嚴謹計算，精密求證，最后確定了兩臺ELM R18雙機疊加投射的方案，并最終成功實施。直到現在，該方案仍被視為投影行業高端應用的一個典型案例。

    光學的基礎理論告訴我們，由于物質發光的特殊性，任何兩個獨立的光源發出的光相疊加均不會產生干涉現象，也就是說，兩臺18,000流明的投影機疊加投射而得到的光通量，應該就是36,000流明。但是，我們看到的圖像，真的是36,000流明的光通量帶來的嗎？

    光線從投影機發出后，最終是經過屏幕這個介質的反射或者折射，到達人眼，形成人眼看到的圖像。在這個過程中，屏幕的增益和視角對最終圖像的質量，起到了很大的作用。增益反映了屏幕反射或者折射入射光的能力，在入射光的角度一定，光通量不變的情況下，屏幕某一方向上亮度與理想狀態下的亮度之比，叫做該方向上的亮度系數，把其中的最大值稱為屏幕的增益。ANSI標準通常把氧化鎂的亮度增益值定為1，在一些帶菲涅耳透鏡的光學幕的光反射焦點，增益高達3.5。一般來講，增益越高視角越小，視角將影響人眼觀看的效果。而屏幕在不同方向上的反射是不同的，離屏幕中心越遠，亮度越低，這就是我們通常說的太陽效應。

    當多臺投影機疊加時，入射光反射光的角度各不一樣，所以人眼在固定的某個點上得到的多臺投影機的光線強度是不一致的。所以，我們看到的亮度，絕不會是一個簡單的相加關系。再描述得簡單一些，假設我們正面面對四臺發出同樣光通量的投影機，我們眼睛的感受肯定是不一樣的，一定會認為離我們眼睛近的投影機最亮，而相對離我們遠的投影機就比較暗。投影機本身的光通量沒有問題，問題在于屏幕對光線反射或者折射的角度不同、人眼在固定位置接收到的光通量也不同，造成了在人眼形成的圖象不會是一個簡單的疊加。而多臺投影機在被同一個觀看位置(人眼)接收時，這一點上的真正亮度和理論亮度差異是多少，則由屏幕增益、屏幕視角、投射距離、投射角度甚至是環境光等各復雜因素來決定，根據一些經驗，基本上我們可以認為如果兩臺投影機疊加，實際感受到的光通量是單臺的1.4到1.6倍。

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    那我們可以得出的結論是：四臺5,000流明的投影機疊加，絕不能帶給我們20,000流明的感受。除非，這四臺投影機的光線通過同一個鏡頭發出。那為什么不用一臺高亮度的投影機呢？
其次，從投影機本身的發光方式來看。

    眾所周知，以LCD為光學器件的投影機，是采用光線穿過LCD板的穿透式發光來成像的。

    這種發光方式不可避免的存在兩個問題：一、LCD板本身就有的出廠色差問題；二、LCD板在使用一段時間后出現的老化問題，以及帶來的LCD板老化不一致的問題。這兩個問題，都已經是老生常談了，第一個問題帶來的最大困難是，在拼接或融合等對色彩一致性要求較高的應用中，LCD因為固有的色差問題不能勝任；第二個問題，老化不一致，會帶來長期(甚至是短時間)使用后，圖象發生偏色的問題，即便是3片LCD的單臺投影機，長期使用后，也會出現畫面某部分偏紅，某部分偏綠的情況。從理論上推斷，兩臺LCD投影機存在色差，在疊加之后，色差部分互相疊加，那最終得到的畫面會是怎樣呢？如果在使用一段時間后，每臺投影機的老化的程度有不同，那疊加得到的畫面又會是怎樣一種斑斕的色彩呢？進一步推論，兩臺LCD投影機之間的顏色差距也許很小，那四臺LCD投影機又會如何呢？這就不難理解，業內一些資深的AV設計、工程公司，在需要拼接、融合的項目方案時，都不會采用LCD投影機了。這是為了避免LCD投影機的色彩一致性問題和后期的老化后維護問題。

    我們可以得出一個結論，受限于目前LCD投影機的技術水平， LCD投影機本身的成像方式、LCD板的特點都將是LCD投影機發展的瓶頸，對于完成疊加顯示、拼接或者融合這樣復雜的任務，LCD投影機在技術上還有待改進。 

LCD投影機的成像灰度

    再次，從投影的一些應用范圍來說。
    在投影機的疊加方案中，有一種認識，即：由于受投影機鏡頭位移范圍的限制，這種對疊加數量的限制極大制約了亮度的提升。據筆者所知，近日在著名導演張藝謀大作《圖蘭朵》歌劇中，大量采用了疊加投影機實現舞臺效果的應用。每五臺或六臺美國科視公司的S+20K投影機組成了一個個的陣列，疊加的光線穿過將近150米的夜空，在鳥巢的舞臺上，勾勒出單幅將近20米×15米(單機)的背景畫面。

    從投影的基礎投射方式來說，我們的常識是，大部份投影機在工作時，鏡頭的垂直位置與屏幕的中心點在同一垂直線，否則不能投射正常的畫面(比如：梯形)，或者需要通過梯形校正功能，以犧牲畫面清晰度來保證畫面形狀的正常顯示。這一點適用于大部分投影機，特別是液晶投影機。

    而一些高端品牌投影機，如Barco等，具備馬達驅動的不失真鏡頭位移功能，在一定范圍內，不需要非常精確定位投影機的物理位置。允許投影機與屏幕中心的水平、垂直位置具備很大的偏離范圍，即俗稱的在軸和離軸投影方式。請注意這種電動垂直位移與一般的圖像位移有著本質的區別：一般圖像位移功能沒有改變投影光柵的位置，而且需要借助投影機的梯型校正功能，很大程度上犧牲了投影機的亮度輸出(這又從另一個方面說明了四臺投影機的疊加，絕不會是亮度乘以四這樣一個簡單關系)。

    而Barco的電動鏡頭上、下、左、右位移功能，是用馬達驅動的光柵平移，可以精確到每一個像素點，這也為多機疊加提供了最基本的光學調整技術保證。 

    在實際應用中，并不是所有廠家的投影機都可以實現類似的不失真鏡頭位移的功能的。根據經驗，那些不具備“不失真鏡頭位移”、只具備“梯形校正”的普通投影機，為了N臺投影機實現疊加，N臺投影機中肯定有N－1臺應用了梯形校正，去適應被視為基準畫面的那一臺投影機。其他各臺梯形校正的幅度，視離這臺基準投影機的距離和光線角度而定。梯形校正本身就會造成原始像素的大量損失，加上每一臺梯形校正的幅度又不一樣，那針對疊加畫面最基本的一條：像素重合，又如何保證呢？特別在面對一些高分辨率的畫面時——畢竟隨著計算機顯卡的飛速發展，我們不能指望我們面對的畫面永遠是1024×768。

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    這說明，以Barco和科視為代表的世界頂尖投影機廠商，只有在解決了投影機鏡頭不失真位移的問題后(Barco投影機根據機型的不同，垂直方向一般從－20%到+110%不等，水平方向一般從－15%到+100%不等)，鏡頭位移才不會成為制約投影機多臺疊加大型陣列方案的瓶頸。但為何這些行業頂尖廠商沒有大范圍地推廣和應用這樣的疊加技術呢？

    讓我們試想一下，在一個背投的應用環境中，由于用戶對空間的限制比較嚴格，需要使用反射系統。多臺疊加的投影機，使用反射鏡，顯然，這是個基本上無法解決的問題。

    還是在這個背投的環境里，由于用戶追求畫面的質量，使用了帶有菲涅耳透鏡的光學背投屏幕，那多臺疊加的投影機，如何去找到和對齊光學屏幕的光焦中心？并保證每臺機器都成功對焦？
換一個正投的場景吧，在一個大型的活動中，由于投影機進行了疊加，那么在由一個信號切換到另一個信號時，會產生像素短暫偏離的現象。最直接的表現就是：切換信號時幾臺機器之間的圖像偏離是不同步的，圖像也是在無序的雜亂抖動的，因此得到真實的畫面，系統需要調整時間，這與目前流行的信號切換時的無縫平滑過渡是相背的。如何解決這個問題呢，選擇加入一臺前端信號頻率鎖定設備吧！(例如Extron DVS304)——費用誰出？

    還是在這個環境中，多臺投影機進行了疊加，那么輸入信號的分配問題又提了出來，提高預算多配幾臺分配器？還是忍受畫面的不同步？或者有其他可行的解決方案嗎？

    投影機的光源，來自于燈泡。燈泡發出的光，決定了投影機的亮度、色彩等等構成圖象的重要因素。多臺投影機即便是同時開啟，誰可以保證它們的老化過程和半衰曲線完全一致？引申開去，導光管以及其他元器件的老化不一致怎么解決？如果燈泡衰減不一致，在需要更換燈泡的時候，我們只更換單個燈泡，那其他燈泡和這個新燈泡的亮度不一致，怎么辦？如果我們不分青紅皂白全部換了，那費用是否又太高？(針對這方面的問題，Barco有一個恒定光輸出的技術，可以保持多臺機器之間輸出亮度的恒定。)

    從上面的這些環境，我們可以知道，多臺投影機的疊加方案，對投影機本身的鏡頭功能要求、投射光路要求、對信號的同步傳輸、投影機的響應速度及同步，甚至引申到整個系統的穩定性，都提出極高要求。“系統中環節越多，出現問題幾率越大”，這是整個行業乃至整個工程界都達成的共識。多臺投影機，帶來的不僅僅是更高的亮度，還有：更多的線纜、更多的接頭、更多的信號處理器、更多影響真實成像的因素、更多的電源、更多的控制難關??如果不是必須，為什么要這樣做？

    眾所周知，投影機的技術發展到今天， DLP 技術以其種種優勢成為主流，而燈泡技術的不停改進、電源設計的更加成熟，大幅度提升功率和亮度相對來說更容易了，不再是投影機單機發展的主要技術趨勢。對畫面參數(分辨率、對比度、亮度均勻性、色溫等)更高的要求，機器本身更多的附加值(內置圖象處理器實現畫中畫、信號源之間的無縫切換、更全面的信號接入、網絡化等)，更全面的應用范圍(從會議室、監控室到展覽展示、舞臺演藝、廣電演播室等，從普通單機到單臺虛擬仿真等)，才是目前業界一流投影機廠商追求的目標。

    而通過設備之間的疊加、組合，去追求新穎別致的解決方案，也是我們作為設計者或者從業者必須去努力的方向。但是這個前提是，把設備的優點最大化，充分挖掘所有可以應用的技術因素，還必須有切實的用戶應用需求和經得起推敲的成熟穩定的技術理論來支撐，做好面對缺陷并盡力解決的積極態度。

技術咨詢：
上海金橋 華南區總經理 李世賢
廣州方欣科技 技術總監 江濟舟 [Page]
比利時Barco公司 產品經理 薛峰
參考資料：
《普通物理學教程.光學》(高等教育出版社 1999年版)
比利時BARCO公司網站www.barco.com.cn
《InfoAV China》雜志