多通道大屏幕边缘融合显示系统设计方案

　　1.1 项目概述

　　超大画面、亮丽色彩、高分辨率、无缝统一的显示效果，历来是人们对视觉感受的一种理想追求，而传统的多台投影硬拼、简单重叠、LED拼接墙、电视拼接墙、投影箱体的拼接墙等有缝拼接方式缺乏画面完整性与色彩均匀性，难以满足人们的观感要求。日渐兴起的几何校正边缘融合大屏幕投影显示技术，已经成为适应这一需求的最有效方式。

　　多通道无缝投影显示系统就是采用多个投影系统组合而成的多通道显示系统，它比普通的标准投影系统具备更大的显示尺寸、更宽的视野、更多的显示内容、更高的显示分辨率以及更具冲击力和临场感的视觉效果。

　　近年来，面向指挥监控、视景仿真、数字院线、科普娱乐、广告展示等多通道无缝投影显示应用，结合数字图像校正/融合机、多通道媒体播放机、数字图像控制器、多通道个人工作站等系列产品，推出了平幕、弧幕、球幕、异形幕、立体展示等无缝统一的多通道无缝投影显示系统。
综合运用现代先进的电子沙盘、幻影成像、多通道大视场球幕投影、光电、电声控制等多种高科技手段.

　　1.2 项目目标

　　在满足用户需求的前提下，综合考虑先进性、可靠性、性价比、可扩展性等因素，建立一套高分辨率，高亮度，高对比度，图像色彩还原性好，显示清晰，失真度小，亮度均匀的大屏幕显示系统。
通过软硬件实现娱乐演示，可实现双方的角色扮演，指挥整个过程，让观众观看到模拟场景及前方各种场景，听到场景中发出的各种逼真的声音，并在沙盘上虚拟出战斗中需要的场景，全面表现出现代高科技战争的整个概貌，让观众体验到一系列震撼的战斗场景，有一种身临其境的感觉。

　　1.3 项目涉及核心技术

　　（1）边缘融合
　　（2）色彩校正
　　（3）几何校正
　　（4）多屏图形控制

　　2.2 设计思想

　　对大屏幕边缘融合投影显示系统方案的设计，必须坚持高起点、高标准、严要求，结合大、中型系统特别是军方系统的设计和丰富的工程实施经验，依据大屏幕显示系统各设备功能特点及兼容稳定性，遵循科学的设计原则、设计标准和设计规范，突出先进性、适用性和经济性，且具有一定的超前性，确保系统建成后达到一流水平。

　　2.3 设计原则

　　1）实用性
　　本系统一定要贴近用户需求，认真研究，精心设计，充分展现出最好的效果。

　　2）可靠性

　　系统能提供长时间的连续运行，各设备性能可靠且兼容稳定。

　　3）先进性
　　系统的功能和性能达到同档次显示系统的先进水平，从实际需求出发，尽可能采用较先进的技术，以延长系统的生命力。

　　4）经济性
　　在满足功能需求的情况下，使系统建设成本尽量小，用最小的成本换取最大的收益，保证安全、实用、经济。

　　5）简易性
　　系统的调整、使用简易方便，用户操作界面友好、过程简捷，便于培训及使用。

　　6）可扩展性
　　系统具有灵活的再配置能力，可根据应用需求的变化随时对系统进行调整扩充，，具有前瞻性与科学性，尽量避免浪费。

　　3.1 技术背景

　　边缘融合的应用来源于指挥监控、视景仿真、立体影院系统。是适应人们追求亮丽的超大画面、纯真的色彩、高分辨率的显示效果的这一需求而产生的，它在增大画面、提高亮度、分辨率等方面有着十分明显的优势。

　　边缘融合技术就是将一组投影机投射出的画面进行边缘重叠，并通过融合技术显示出一个没有缝隙，更加明亮、超大、高分辨率的整幅画面，画面的效果就好像是一台投影机投射的画质。当两台或多台投影机组合投射一幅两面时，会有一部分影像灯光重叠，边缘融合的最主要功能就是把两台投影机重叠部分的灯光进行渐变调整，使重叠区的亮度对比度与周边图像一致，从而使整副画面完整统一，丝毫看不出是多台投影机拼接的结果。

　　边缘融合大屏幕显示系统可以精确细致地显示每个精细而且微小的画面，整套系统展现出来是整幅无缝的画面，不论是光学拼缝还是物理拼缝，都不会存在，带给观众震撼的视觉冲击和享受，让一切数据完美再现！边缘融合技术起初应用于军方模拟仿真系统，随着科技的不断发展，成本的不断下降，边缘融合大屏幕系统已经逐步的进入指控监控中心、主题场馆、仿真游戏等大屏幕显示系统
边缘融合技术经历了三个发展阶段：硬边拼接、重叠拼接和边缘融合拼接。

　　硬边拼接，又称简单拼接，即两台投影仪的边沿对齐，不做任何其他处理。显示效果上表现为画面拼接处有一道缝或叠影。

　　简单重叠，即两台投影仪的画面有部分重叠，但没作淡进淡出处理，因此重叠部分的亮度为整幅其余部分的2倍，在显示效果上表现为重叠部分为一亮条。

　　边缘融合，与简单重叠相比，将重叠部分的亮度分别线性衰减和增加，在显示效果上表现为整幅画面亮度完全一致。

　　现在市场上有很多以较小画面拼图显示的有缝拼接方式，如LED拼接墙、PDP拼接墙、LCD/DLP投影箱体的拼接墙等，由于是一个一个的画面拼图而成，从视觉效果看，画面缺乏完整性，而且由于多个单元箱体组成，亮度色彩一致性差，故障率也相对较高。

　　3.2总体设计

　　根据技术分析和多年的项目经验，核心设备采用多通道图像校正融合机，对多通道投影图像进行像素级的几何校正、自动色彩校正、无痕边缘融合等综合处理，构建无缝统一、色彩均匀、高分辨率的整体画面，完美实现大屏幕显示的应用。

　　整个系统包括数字图像校正融合机、图像控制器、投影幕、投影机、各类视频信号源、中控、矩阵以及相关辅助配件等组成。

　　3.3 系统功能特点

　　3.3.1 系统功能

　　 处理并输出多路图像信号，组成一个无缝、连续、亮度均匀、色度一致的完美大画面。

　　支持DVI-I标准，兼容DVI-D与VGA信号，支持各种图形工作站和投影机。

　　几何校正精度达0.1像素，保持投影画面不变形失真。

　　能快捷方便的对不同通道投影画面进行亮度色彩校正，保证亮度均匀、色彩一致，适合各种投影仪。

　　对多通道画面进行边缘融合处理，支持平幕、环幕、球幕、二次曲幕等各种曲幕的边缘融合，支持XGA 1024×768，SXGA 1280×1024,1400x1050图像分辨率。

　　利用多屏图形控制技术，多路视频图像、计算机显示画面、网络远程桌面可按任意大小、位置开窗显示在大屏幕上，可任意跨屏移动、叠加。

　　可快速切换多套图像窗口显示方案，以单屏、多屏、全屏、跨屏等多种方式来控制显示多路图像信号。

　　可通过网络实现远程控制与调试。

　　3.3.2 系统特点

　　 2通道背投幕：6M *2M米，投影机：画面大亮度高色彩均匀，具有冲击震撼的视觉效果。

　　整体画面分辨率达到1848×768。

　　几何校正精确到0.1像素，无模糊错位现象，适用于不同的屏幕形状。

　　支持快速自动校正与Alpha/Gamma精确手动校正，不受校正环境限制。色彩失真< 2％，肉眼均无法分辨。

　　融合算法科学先进，操作简单，效果完美。

　　 32位彩色显示，图像处理可达30FPS。

　　各通道精确同步，精确度达0.05秒。

　　整套系统设备兼容可靠，可提供长时间连续稳定运行。

　　维护方便，操作灵活，多套方案自由切换。

　　 3.4 与传统大屏拼接比较

　　传统常用的大屏拼接主要有CRT背投、LCD背投、DLP背投等背投箱体拼接方式以及PDP、LED等显示屏拼接方式。

　　边缘融合大屏幕无缝显示画面有着无缝、连续、亮度均匀、色度一致的显著特点，这是以上传统大屏拼接望尘莫及的，它们与边缘融合无缝投影显示系统相比，都有着共同的缺点：

　　物理拼缝：背投箱体和显示屏的传统拼接方式都有物理拼缝，根据单元拼接体的档次高低，其拼缝宽度从1公分内到数公分不等，不论宽窄，视觉上都有明显的拼缝效果，这是不可避免的，这对画面将造成割裂感，特别是满屏或跨屏显示大幅画面时，会破坏画面在观众中完美显示的效果，没有冲击震撼力，达不到理想效果。

　　 幅面限制：背投箱体和显示屏的拼接方式在幅面上受到很大的限制，由于拼接单体是平面的，它们的拼接工程也仅局限于平面，不能制造弧面或球面的特殊效果，观看效果平淡无奇，更谈不上立体感、沉浸感等特殊效果。

　　而且，背投箱体和显示屏由于本身的重量以及材料特性，其拼接的单元数量或尺寸高度都受到局限，做得越大安全系数越低，运行没有保障。而目前边缘融合所需的显示载体是屏幕，目前最大的无缝整张屏幕可以做到100米×5.0米，拼接屏幕可以更大。

　　亮度色彩不均匀：传统拼接方式都是由多个独立的显示单元组成，很难保证亮度色彩均匀一致，特别是随着使用时间加长，每个显示单元亮度衰减，色彩还原性遍差，更难保证整个系统的亮度色彩的均匀统一。

　　对于背投箱体，单元屏幕的中心亮度与四角周边亮度往往不一致，中心会相对亮一些，以致拼缝效果更明显，这与投影机镜头以及光学透镜屏的光焦匹配有关，而且会随着使用时间增长而加剧。

　　操作维护麻烦：拼接单元过多，拼接的方案设置，矩阵的切换等操作都相当麻烦。设备线缆错综复杂，不便于维护管理和故障检测，易形成干扰。

　　故障率高：多个显示单元共同完成一个显示系统工程，而只要有1个显示单元出现故障，整个系统将无法正常运行，进行维修或更换设备重新调试系统，都将会带来很多的损失与不便。由于有多个显示单元，这样整套系统的故障率将比较高，不但耽误了使用，维护维修工程也繁杂而昂贵。

　　不论是CRT/ LCD/DLP背投拼接还是PDP、LCD、LED显示屏拼接，除了以上共同的不足外，都有着各自的特点：

　　CRT背投拼接： CRT表示阴极射线管，3管投影，是应用最早的拼接方式，色彩还原性好，价格便宜，但亮度低，分辨率较低，体积庞大，单元面积小，一般低于40寸，已经逐渐退出市场。
　　LCD背投拼接：LCD 分辨率高，价格低廉。但色彩还原性、色彩一致性和亮度均匀性不太理想，不能长时间连续使用。它的成像器件是液晶板，由于其本身物理特性，液晶板的寿命受温度和湿度影响较大，长时间连续使用，易使液晶板老化。
　　DLP背投拼接： DLP是一种新兴的投影技术，DLP数字光处理技术是采用全数字技术处理图象。用DMD数字微镜作为光学成像器件，来调制投影机中的视频信号，驱动DMD光学系统，通过投影透镜来完成数字投影显示的，它内部的光学成像部分的总光效率高达60%左右，具备亮度高的特点，而且可以长时间运行，灯泡寿命长，不存在液晶板老化等常见投影问题。三芯片DLP投影机的三片DMD芯片分别反射三原色中的一种颜色，已经不需再使用色轮滤光。其分辨率也比较高，不经压缩分辨率可达到1280×1024。加上DLP投影机可到10bit 的数字处理，满足宽带视频需求。

　　总的来说，DLP背投拼接具备亮度高，色彩还原性高，高辨率，可以长时间连续使用，造价昂贵，单片DLP具有彩虹效应，在背投箱体拼接工程中，较CRT,LCD优势较为明显。

　　PDP拼接：PDP等离子显示屏是一种利用气体放电的显示装置。PDP显示技术对比度和亮度都较高，箱体较其它显示技术要薄，安装调试较简单。但其分辨率低；拼缝大，一般达数厘米；寿命和无故障时间短；耗电量大，发热量也很大，因此背板必须安装风扇用于散热，这样导致风扇的噪音也较大。

　　LCD液晶屏拼接: LCD液晶屏拼接具备体积轻巧，功耗散热少，精确还原图形，画面稳定不闪烁。由于液晶分子不能自己发光，液晶显示器需要靠外界光源辅助发光，因此，亮度与对比度都较低，而且可视角小。各象素点容易产生“坏点”而且无法维修。
LED拼接：LED显示屏的优点是亮度高、视角广，缺点是象素点密度不高，清晰度较低，不适合近距离观看。目前商品化的室内全彩LED显示屏的密度最高做到P4，即62，500象素/㎡。