（1）综合监控系统应以乘客、环境及设备的防灾和安全为核心并.docx

监控系统大屏幕投影显示墙的配置建议罗利平(上海铁路城市轨道交通设计研究院,200070,上海，高级工程师)摘要：随着显示墙技术的发展，采用数字光处理大屏幕投影显示技术已经是大势所趋，本文通过对大屏幕投影显示墙系统几个重要组成部分如显示技术、屏幕材质、屏幕尺寸等主流技术的探讨，结合武汉轨道交通的实践，提出了选型的推荐意见。关键词：大屏幕显示系统 显示技术 监控系统 投影墙 材质 尺寸 The Configuration Suggestion of Display Unit in Supervising and Controlling SystemLuo LipingAuthors address: Shanghai Railway & Urban Rail Transit Design and Research Institute, 200070, Shanghai, ChinaAbstract: With the development of display unit, the technology of adopting digital light processor projector display unit is the general trends in supervising and controlling system. According to the application in Wu-Han light metro transit, the paper gives some suggestion on selection by discussing how to choose the important components of the display unit, such as displaying technology, projector material, projector size and etc. Key words: Large-scale display system; displaying technology; supervising and controlling system; displaying wall; material; size; 1. 引言大屏幕投影墙系统将先进的显示技术及设备、投影墙拼接技术、多屏图像处理技术、多路信号切换技术、网络技术等应用集合为一体，使整套系统成为一个拥有高亮度、高清晰度、高智能化控制、操作方法最先进的显示墙系统。通过本投影显示墙系统，能够对网络资源和相关资讯进行实时的监控、演示和智能化管理，极大的增强了网络的直观性和可操作性，使各项工作能及时、高效的完成。在以前的监控系统中，大多采用模拟屏显示技术，这是一种静态的固定的显示技术，而近几年来，由于大屏无缝拼接技术的发展，再加上大屏幕投影墙显示系统的漂亮外观、灵活的显示方式、动态实时的控制显示等优点，已被广泛用于国内外各种监控系统中，而且其取代传统的静态呆板的模拟屏显示方式已是大势所趋。  2. 大屏幕投影墙显示系统组成大屏幕投影墙显示系统从组成上来说，主要分为如下三个部分：l 投影显示系统l 背投屏幕l 显示控制系统现今各大屏幕厂家都专门为配合投影显示墙而设计生产了相应的显示控制系统，并且可根据用户的需要，面对用户开发其软件和设置配置，所以本文结合武汉轨道交通一号线一期工程的综合监控系统的设计，主要从投影显示系统和背投屏幕两个部分来说明整套系统的配置研究。3. 大屏幕选型技术探讨3.1投影显示系统技术随着投影显示技术的发展，越来越多的产品可供用户选择，这些产品各有特色，必须了解其工作原理才能选择适合用户使用的产品。目前在监控系统里面全世界所使用的大屏幕投影显示系统主要采用三种技术：CRT显示技术、LCD技术和DLP技术。CRT（Cathode Ray Tube阴极射线管，也就是我们通常所说的CRT显示器所使用的技术）是实现最早、应用最为广泛的一种显示技术。现主要用于背投电视产品。CRT投影的优势是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。不足是图像分辨率与亮度相互制约，直接影响CRT投影机的亮度值，同时，基于CRT技术的投影机操作复杂，特别是汇聚调整繁琐，而且这种产品体积大，只适合安装于环境光较弱、相对固定的场所，不宜搬动，从而限制了它的普及。此外，由于CRT技术本身的局限性，它的尺寸受到一定的限制，一般无法超过38英寸。一般单体安装，不能作为投影墙使用。LCD(Liquid Crystal Display液晶显示技术) 是目前较为流行的投影技术，它利用液晶的光电效应来产生图像。按照投影方式LCD投影机可分为两种：一种是液晶板投影机它的成像器件为液晶板，是被动式的投影方式，利用外光源金属卤素灯或UHP（冷光源）作为照明光源。另外一种是液晶光阀投影机，它采用CRT管和液晶光阀作为成像器件，是CRT投影机与液晶与光阀相结合的产物。因为LCD技术光线是透过LCD投射到屏幕上的，光线的透射率只有60%，从而亮度较低，加之液晶本身固有的物理特性，决定了它的响应速度慢，在文字处理工作中会出现拖尾现象；对比度不高，可视角度小，色彩不够艳丽，图像不清晰等。但以BARCO公司为首的厂家对LCD显示技术进行改进，采用多晶硅（Poly-silicon）技术来解决了光路的透射问题，使光线的透射率高达95%，因此在同等光源的情况下，亮度大大提高，最高分辨率可达1280×1024(即PLCD技术)。但这种技术价位颇高。 图1 PLCD成像原理DLP（Digital Light Processor）数字光处理器是一项全新的投影显示技术，它以DMD （Digital Micromirror Device）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已为视频投影显示翻开崭新的一页。DLP投影机主要有两种，一是三片DLP，采用单组光源分色和三片DMD芯片，红、绿、蓝三色光通过DMD芯片的反射后汇聚后投射到屏幕上，另一种是单片DLP，为了实现彩色效果，在光源和DMD之间加入光轮，光轮上有透镜同时可以旋转，可以交替将红、绿、蓝三色光投射到单片DLP上，光轮旋转速度很快，从人的眼睛观察角度，可以等效于全彩色图像。在同样面积的显示区域里三片DLP比单片DLP显示色彩更鲜艳更清晰。 图2 单片DLP成像原理 图3 三片DLP成像原理DLP可以说是目前最为先进的投影技术，基于该技术的投影机具有清晰度高、画面均匀、色彩锐利等特点。DLP投影技术早期最大的障碍是产品的成本较高，尤其是其核心部件DMD芯片的良率不是很高。但经过德州仪器公司的不断努力，改进产品的封装形式，降低了DMD芯片不良率，也不断的降低成本。去年该产品的寿命已提高到100000小时，同时单片DLP产品价位比PLCD产品价位便宜，比一般LCD显示技术稍贵。我们相信伴随DLP的不断成熟，它在市场中能有更加出色的表现。对于清晰度、亮度等显示要求不高的场合，一般可采用LCD显示技术，如各种广场、会议室、飞机场等。但对于应用于各个领域的监控系统，最好采用DLP显示技术或PLCD显示技术。这两种主流技术的比较详见下表：表1 两种主流显示技术的比较表比较项目DLP 67 (1024X768)PLCD 84 （1024X768）投影方式DLPPoly-Silicon LCD投影技术单片0.7 DMD 10度/12度偏转角3 Poly-Si LCD尺寸长：1370mm；宽：1027.5mm长：1707mm；宽：1280mm机芯对比度300:1/1050:1250:1灯泡类型100W或120W UHP(Ultra High Performance)100W UHP(Ultra High Performance)灯泡寿命60006000输入端子模拟RGB (RGBHV x 1 ) 和 数字RGB (TMDS x1) 以及S-Video(RGB:红绿蓝三基色视频传输接口TMDS：Transition Minimized Differential Signaling)模拟RGBHV和S-Video(RGBHV: 红绿蓝三基色视频传输接口含水平和垂直行场同步信号S-Video: 多媒体视频接口)行频范围48 50kHz15 50kHz色彩数量16.7Million16.7Million灰度等级10bit 8bit特点技术CSC(color space Control)色彩均匀补偿电路；Smoothing Digital Gradation亮度均匀补偿电路；10bit灰度3维高频脉冲；超短焦镜头无亮度均匀90%以上95%以上屏幕种类GUCS（多层复合超高对比幕）屏与屏间拼接无需打钉BLACK STRIPE SCREEN 黑条纹屏幕屏与屏间拼接必须打钢钉，钢钉反光，且影响美观和观看屏幕增益3.7/>44屏幕尺寸50，60，67，84，100，120多种选择50，67，84三种选择屏幕视角160度水平, 80度垂直160度水平, 80度垂直屏幕亮度421cd/700cd407cd屏幕边缝0.4mm0.8mm机箱结构反射反射机箱厚度790mm<1000m市场价格适中昂贵由上表可知，在12度偏转角的DMD问世后，DLP在无缝拼接、亮度、对比度、尺寸选择等方面都有很大的优势，而且单体DLP屏比单体PLCD屏更便宜，如上海明珠线PLCD单面屏价位约在30万元左右，而武汉轨道交通DLP单面屏价位约在20万左右(20022003年报价)。3.2投影屏幕这部分在整个系统价格中所占有的比例不大，但是对于显示效果来讲却有举足轻重的作用。3.2.1屏幕材质：在投影屏幕的选择上，有玻璃屏和树脂屏两种。丹麦DNP公司(玻璃屏)与美国Jenmar公司（树脂屏）的屏幕板均为目前世界上技术领先的产品。这两种屏幕各有优缺点，一些厂家根据其特点进行改造，如Vtron公司将DNP的复合超对比度屏幕UCS(Ultra Contrast Screen)加上自己独特的镀膜玻璃，综合了DNP与Jenmar两家的优点，创造出GUCS屏幕，性能较好。他们之间的性能比较如下：表2 屏幕材质性能比较表性 能DNP UCS 屏幕Vtron GUCS 屏幕Jenmar 屏幕图像增益高高较低图像对比度高高较低图像及亮度均匀性好好较好屏幕厚度薄较厚（包括玻璃层）较薄组合屏物理屏缝大于等于1mm小于1mm小于1mm湿度影响无无有玻璃层无Vtron独创镀膜玻璃有机层长期变形不易变形不易变形受环境影响反光性反光不反光不反光耐磨性及维护一般好一般屏幕选择首先应考虑视觉效果，设备寿命，显示效果。所以建议选取无反光、不易变形、亮度均匀性好的屏幕。3.2.2 投影屏幕显示尺寸的确定1)多屏拼接屏幕的尺寸要求非常严格，必须和主芯片的比例完全一致。例如：如果主芯片的分辨率为1280X1024(比例为5：4)，那么屏幕的比例一定为5：4；如果主芯片的分辨率为1024X768(比例为4：3)，那么屏幕的比例一定为4：3。所以同样为对角线100英寸的屏幕，如果采用物理分辨率为1280X1024的投影机，屏幕的尺寸为1944mmX1555mm；但是如果采用物理分辨率为1024X768的投影机，屏幕的尺寸则为2000mmX1500mm。2)屏幕的尺寸主要需要根据房间的结构和人体视觉学来决定。人的视角范围是有限的，所以当房间净空高，可采用多层布置时，为保证视角范围，布置层数越高，观看人员距离屏幕就越远，如下图所示。这都是确定大屏单体尺寸的依据。图4 视觉范围与屏幕高度关系图3)屏幕尺寸需要根据分辨率来确定。屏幕的尺寸从50inch到120inch各种规格尺寸的都有，但在同一分辨率的情况下，屏幕尺寸越小，清晰度越高；采用同样的显示区域后，屏幕数越多，总分辨率就越高（总分辨率等于各单屏分辨率的累加）。所以在确定屏幕尺寸时除根据建设方的要求外，要从经济、显示效果、安装等各方面全盘统筹考虑。武汉轨道交通根据显示和安装需求，选用了67inch的屏幕。3.2.2屏幕结构投影拼接墙显示技术只能采用背投拼接方式，而背投箱又有一体化背投箱和敞开式背投箱两种。一体化背投箱采用的是密闭式结构，这种背投箱专门为监控系统拼接显示墙所特制，在屏幕本身的变化，承重以及屏幕拼缝上均已有特殊的设计。其显示效果好，且不容易变形。一体化背投箱的背投间内只需要保持一定的维修距离(按规范要求800mm即可)和一定的温度和湿度即可，对背投间没有其他要求，可以利用背投间安放别的设备，并当维修间使用。敞开式背投拼接屏幕系统因屏幕框架和投影机架分开放置，所以一般机架震动容易引起屏幕图像错位；并且不可作弧形设计，而且亮度均匀性只有75%，容易产生太阳效应。背投间内为保证投影机的正常工作环境，需设计通风、防尘，而且不能有灯光，墙面和天花板均为黑色。投影机距离屏幕框架在2.5米到3米之间，也就是说整个背投间将只能为安放投影显示设备而使用。具体采用哪种方式，跟工程的情况有关，不能一概而论。4结论应用于监控系统的大屏幕投影墙显示系统，建议设备选型如下：因为DLP显示技术在亮度、对比度、清晰度、色彩保真度等方面均代表了现今最高水平，采用数字DLP投影显示技术，已是大势所趋。屏幕应该选用不变形、不反光、视角好、亮度高的屏幕。屏幕尺寸可根据各项目的特点、人体视觉学等进行处理。参考文献：1和利时公司.大屏幕综合显示系统技术实施方案R.北京:和利时公司，20032苏源高科技有限公司.DLP system performance fairR.江苏:苏源高科，2003备注：本文是根据2003年武汉轨道交通大屏幕综合显示系统设计时积累的资料而完成作者简介 罗利平 高级工程师 上海铁路城市轨道交通设计研究院 电话021-63817066 传真电话021-63818366 电子信箱：lpluo2006。手机13901714580