От проектора болит голова
Читая материалы о проекторах и технологиях в журналах и Интернете, вы найдете очень много хвалебных статей о DLP-проекторах: мол, они и самые современные, и самые лучшие. Но это просто красивый миф. И возник он прежде всего благодаря очень грамотной и агрессивной политике американских фирм Texas Instruments, монопольного производителя специальных зеркальных микросхем для таких проекторов, и InFocus - крупнейшего производителя DLP-проекторов для массового спроса. В реальности любая технология имеет свои достоинства и недостатки. Так как о достоинствах написано уже огромное количество статей, основное внимание я уделю недостаткам.
Эту статью я решил написать примерно год назад, после участия в массовых тестированиях проекторов для журналов "Техника кино и телевидение", "Потребитель "Video & Audio", "PC Magazine/RE". Обращаю внимание читателей на то, что, хотя некоторые результаты тестирований могут показаться невероятными, все приводимые характеристики достоверны: они измерены инструментально и не были опротестованы фирмами - поставщиками оборудования.
Принцип DLP-технологии
В основе DLP-технологии лежит специальная микросхема, или цифровой микрозеркальный прибор - DMD (Digital Micromirror Device). Верхняя поверхность микросхемы - прозрачное стекло, под которым расположен зеркальный рабочий слой (рис. 1). Современный чип состоит примерно из миллиона микрозеркал размером 14x14 мкм каждое, зазор между зеркалами - 1 мкм (рис. 2). Каждое зеркало может находиться только в двух положениях: включено и выключено (соответственно +120 и -120 к вертикали).
Принцип работы простой: один пиксел изображения соответствует одному микрозеркалу. Чем больше разрешение изображения, тем больше необходимо микрозеркал и тем больше размер микросхемы. В положении "включено" отраженный от микрозеркала свет попадает в объектив, в положении "выключено" - в ловушку (рис. 3). Такая технология называется Digital Light Processing (DLP) - цифровая обработка света, потому что зеркало, как и любой цифровой сигнал, имеет только два состояния: "0" и "1".
Прежде чем перейти к устройству проекторов, вспомним основы физиологии зрения. Известно, что за зрение отвечают не только глаза - это совместная работа глаз и головного мозга. Зрение человека инерционно, время инерции примерно 1/25 с, на этом явлении построен современный кинематограф. Кроме инерционности, человеческое зрение обладает способностью суммирования по цветам и по времени, или интегральными свойствами. Интегрирование по цвету заключается в том, что три разных цвета (Red (красный), Green (зеленый) и Blue (синий) - RGB), показанных одновременно, человек воспринимает как один смешанный. Любой оттенок можно воспроизвести, комбинируя эти три основных цвета. Интегрирование по времени заключается в том, что одна и та же точка на экране, светящаяся в течение 1 мс, будет казаться ярче в 10 раз, чем точка, светящаяся в течение 0,1 мс. В DLP-проекторах используются обе интегральные способности зрения человека: на экран последовательно выводят основные цвета (RGB) в течение разного времени, передавая изображение желаемого цвета и яркости.
Чем дольше микрозеркало находится в положении "включено", тем ярче человеку кажется этот пиксел. При этом понятно, что реальная яркость точки на экране неизменна, меняется только продолжительность ее свечения. Живое существо, с другой физиологией зрения, увидит просто набор коротких вспышек чистых цветов (красный, зеленый, синий), причем все вспышки одного цвета будут иметь одинаковую яркость.
Принцип работы трехчиповых DLP-проекторов достаточно физиологичен и похож на принцип работы трехпанельных LCD-проекторов (рис. 4), поэтому мы его рассматривать не будем.
Остановимся подробнее на принципе работы одночиповых DLP-проекторов (рис. 5). С целью воспроизведения цветной картинки такие проекторы передают на экран в течение очень короткого времени последовательно красное (R), зеленое (G) и синее (B) изображения. Интегрированное цветное изображение, еще раз подчеркиваю, воссоздается только в голове человека, но не на экране. Если у вас есть DLP-проектор и современная цифровая камера с маленькой выдержкой, то вы это можете сами проверить. Выведите белый фон на экран и сделайте несколько снимков подряд с минимальной выдержкой, практически все ваши кадры будут окрашены в основные цвета.
Последовательная передача цветов происходит с помощью цветного колеса, состоящего из трех цветных секторов-фильтров (рис. 6). Колесо первых проекторов вращалось с частотой 60 оборотов в секунду, или 3600 оборотов в минуту. Выбор такой частоты вращения очевиден для США, страны, в которой частота переменного тока 60 Гц и стандарт видео/телевидения NTSC подразумевает 30 кадров в секунду или 60 полукадров. Проекторы с такими колесами в специальной литературе обозначаются как проекторы с однократной скоростью (1х).
Практически все современные проекторы имеют колесо с удвоенной частотой вращения (2х), т. е. 7200 оборотов в минуту. Появление проекторов с реальной тройной частотой вращения - 10800 оборотов в минуту - маловероятно из-за того, что технически сложно изготовить цветное колесо требуемой прочности и малошумные подшипники, работающие длительное время на таких частотах. Однако выпускаются проекторы со скоростью 4х. Реально эти проекторы имеют колесо с удвоенной частотой вращения, но не с тремя цветными секторами, а с шестью. Для чего все это делается? Для уменьшения времени формирования цветной точки, которое на проекторах 1х и 2х происходит за один оборот колеса - соответственно за 17 и 8 мс, а для проекторов 4х - за пол - оборота, т. е. за 4 мс (рис. 7).
С какой целью создатели стремятся сократить время формирования цветной точки? Для уменьшения эффекта "радуги", который заключается в том, что человек видит вместо однотонного цвета различные цветные вспышки. В первую очередь это относится к людям молодым, у которых хорошее быстродействие зрения. Часто такие вспышки можно заметить, если быстро переводить взгляд с одного участка изображения на другое, например по диагонали, или просто быстро махать перед глазами ладонью с раздвинутыми пальцами. Причина эффекта - в последовательном формировании цвета. Предположим, у нас есть изображение с белым фоном, например электронная таблица или текстовый файл, а на колесе секторы находятся в таком порядке: красный - зеленый - синий. Если мы посмотрим на левый нижний угол и в момент прохождения зеленого сегмента переведем взгляд на правый верхний угол и обратно, то нам может показаться, что первый угол не белый, а цветной с нехваткой синего, и второй угол тоже цветной с нехваткой зеленого. Когда мы машем ладонью перед глазами, то в момент прохождения одного из цветных секторов пальцы закрывают от нас на короткое время фрагмент изображения, вырезая одну из цветовых составляющих.
DLP-технология одна, а DLP-устройств много
Условно всю DLP-технику можно разделить на проекторы (классы 1 - 3) и специализированные устройства (классы 4 - 5).
- 1-й класс - одночиповые ультрапортативные или портативные DLP-проекторы для широкого потребления, рассчитанные прежде всего на показ компьютерных презентаций в офисных помещениях при искусственном освещении.
- 2-й класс - одночиповые проекторы, специально разработанные для домашнего кинотеатра. Как правило, это громоздкие, с низким световым потоком, дорогие устройства. Их массовое производство налажено около двух лет назад.
- 3-й класс - это трехчиповые, очень дорогие проекторы для больших залов и цифрового кинематографа. Такие проекторы пока еще нельзя увидеть в демозалах нашей страны, скорее всего они появятся у нас только через несколько лет, когда подешевеют хотя бы до уровня 20 тыс. долл.
- 4-й класс - модули для видеокубов и проекционных телевизоров.
- 5-й класс - специальные устройства на основе DLP-технологии (оптические коммутаторы, полиграфические машины и т. д.).
Знать класс устройства очень важно, так как многие недостатки и достоинства технологии относятся не ко всем DLP-проекторам, а лишь к отдельным классам. Далее в статье под DLP-проекторами имеются в виду только аппараты 1-го класса, если специально не оговорено иное.