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边缘融合

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  目录
  1 边缘融合的发展历程
  2 什么是边缘融合技术
  3 边缘融合发展阶段
  ? 硬边拼接(又称简单拼接):
  ? 简单重叠:
  ? 边缘融合:
  4 为什么选用边缘融合
  ? 边缘融合的应用
  ? 边缘融合的特点
  ? 边缘融合系统与传统拼接的差异
  5 边缘融合的方式
  ? 亮度的叠加提高
  ? 宽视角的排列
  ? 多台投影机垂直堆积产生纵向的显示画面
  ? 多台投影机堆积出更高更宽幅的超大画面
  6 边缘融合系统实施选型
  ? 工程实施
  ? 结构选型
  ? 边缘融合处理器
  ? 控制端
  ? 投影机
  ? 屏幕
  7 边缘融合的各大厂家及产品特点
  ? 纯硬件融合厂家
  ? 软件融合厂家
  边缘融合的发展历程
  第一代:简单的图形拆分器
  功能上能实现把一个信号切成几个部分,使不同的显示器组成一个完整的大画面,没有叠加漫游缩放等功能。在“更大,更清楚,更多的信息”这三个要求中,由于能够拆分信号,实现了更大的显示面积,但分辨率限制无法增加,多窗口无法开放,更清楚和更多的信息这两个要求无法被满足。它的应用领域被限制在DLP投影单元的内置控制器作为冗余的方案存在,也有少数的厂家作作为一种整机来向市场供应。
  第二代:工控机架构
  能够输出更高的分辨率,也可以实现更大的显示面积,但是受工控机PCI总线的限制,在多信号同时显示方面存在缺陷,多输入信号时的显示受限,各种信号类型之间的叠加也有限制,在“更多的信息”的这个要求上存在缺陷。同时很难利用现有硬件的运算能力。在此平台搭建的融合控制器,由于计算能力受限,大部分是通过几台设备实现 图形处理,数据发生,边缘羽化等功能。此平台有关的速度慢,稳定性的问题在融合控制器上依然有体现。
  第三代: 对于工控机的缺陷,在技术发展上出现了两种流派
  基于工控机平台,采用卡间直连或总线改造的方式来实现。基于嵌入式构架,纯硬件平台,采用图像处理与信号发生分离的方式来解决,这一技术曾经一度成为潮流,但是由于嵌入式构架下,硬件能够实现的功能相对有限和固定,其功能可拓展性和使用灵活性都受到很大的限制,处理能力相对有限。这两种技术在更大,更清楚,更多信息这三个方面都能满足客户的需求,但仍然不能满足市场的需求。
  第四代: GPU构架融合服务器
  通过Cg技术和Cuda硬件设计构架,开发了GPU超强的运算能力,处理速度达到传统硬件的100倍以上。使用PCI-E总线,极大提高了数据传输速度(为PCI总线的240倍),可以做到几乎无延迟的处理任何数据和媒体内容。INFOPLAY技术运用光学了调整组件和黑亮度补偿模块,解决投影仪存在的黑亮度问题。基于众多球幕项目可以处理任何异性曲面(包括非规则曲面)。
  随着显示技术与控制技术的不断融合和发展,在高端的工程领域,通过拼接而成的大屏幕图像显示得到了广泛的应用,它所带来的超大画面、多屏显示以及清晰、逼真的显示效果使得监控、安防、会议、模拟仿真等领域的工作效率得到大幅改善,同时促进了这些行业技术水平的快速进步。
  什么是边缘融合技术
  边缘融合为多台工程投影机或光机显示映像交互融合融合边缘的图像几何校正与色彩一致处理的一种技术,由于它的技术处理使多台投影所交互拼接成的显示画面,比普通的标准投影画面分辨率及显示尺寸更大、更宽,并且更多的处理显示内容。
  边缘融合技术以前一般用于专业领域的虚拟仿真、系统控制和科学研究,近几年来开始向展览展示、工业设计、教育培训、会议中心、监控中心等领域发展。
  边缘融合发展阶段
  边缘融合投影技术经历了三个发展阶段:
  硬边拼接(又称简单拼接):
  即两台投影仪的边沿对齐,无重叠部分。显示效果上表现为整幅画面被一道缝分割开。如果投影仪边缘未做亮度增强处理,该接缝显示为黑色;如果投影仪边缘做了亮度增强处理,该接缝显示为白色。
  简单重叠:
  即两台投影仪的画面有部分重叠,但没有作淡进淡出处理,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:
  与简单重叠方法相比,左投影仪的右边重叠部分的亮度线性衰减,右投影仪的左边重叠部分的亮度线性增加。在显示效果上表现为整幅画面亮度完全一致。
  为什么选用边缘融合
  边缘融合的应用
  边缘融合的应用来源于军队模拟仿真/立体影院系统。追求亮丽的超大画面,纯真的色彩,高分辨率的显示效果,历来是人们对视觉感受的一种潜在要求。大到指挥监控中心,网管中心的建立,小到视频会议,学术报告,技术讲座和多功能会议室的进行,对大画面,多色彩,高亮度,高分辨率显示效果的需求越来越强烈。
  迅速崛起的数字化边缘融合大屏幕显示技术,正在逐步适应这一需求。随着投影显示技术的不断发展与创新,以及人们欣赏水平的提高,超大画面,高亮度,以及更高分辨率显示便成为市场的迫切需求。
  边缘融合的特点
  增加图像尺寸,画面的完整性
  很明显,多台投影机拼接投射出来的画面一定会比单台投影机投射出来的画面尺寸更大。
  鲜艳靓丽的画面,会带给人们不同凡响的视觉冲击,而如何消除画面拼接的光学缝隙呢?边缘融合技术使这一问题迎刃而解。这种技术的出现,更大程度上保证了画面的完美性和色彩的一致性。
  完整画面的优点也不需要过多的陈述,因为完美画面的显示对于欣赏者而言总是一目了然。
  增加图像亮度
  当一台投影机的投射尺寸被放大时,图像亮度就会降低,而用多台同样亮度的投影机拼接投射出相同大小的图像时就可以保持画面原有的亮度。
  增加分辨率
  每台投影机投射整幅图像的一部分,这样展现出的图像分辨率就被提高了。比如,一台投影机的物理分辨率是800*600,三台投影机融合25%后,图像的分辨率就变成了2000*600
  超高分辨率
  利用带有多通道高分辨率输出的图像处理器和计算机,可以产生每通道为1600*1200象素的三个或更多通道的合成图像。如果融合25%的象素,可以通过减去多余的交叠象素产生4000*1200分辨率图像。市场上还没有可在如此高的分辨率下操作的独立显示器。其解决办法为使用投影机矩阵,每个投影机都以其最大分辨率运行,合成后的分辨率就是减去交叠区域象素后的总和。
  缩短投影机投射距离
  随着无缝拼接的出现,投影距离的缩短变成必然。比如,原来200英寸(4000*3000mm)的屏幕,如果要求没有物理和光学拼缝,将只能采用一台投影机,投影距离=镜头焦距*屏幕宽度,即使采用1.2:1的广角镜头,我们的投影距离也要4.8米,采用边缘融合技术后,用4台投影机投射同样大小的画面,投射距离只需要2.4米。
  特殊形状的屏幕上投射成像(比如弧形幕/球形幕)
  比如,在圆柱或球形的屏幕上投射画面,单台投影机就需要较远的投影距离才可以覆盖整个屏幕。而多台投影机的组合因每台投影机投射的画面较小,所以距离也就缩短了很多。
  还有一个更重要的功能是,如果只用一台投影机来投射整张弧形幕,则很难聚焦,因为弧弦距太大,很难选出一个合适的基准焦点。多台投影机就可使弧弦距缩短到尽量小,这样就比较容易找出画面的合适焦点。对于弧形或球形屏幕应用,使用边缘融合技术后对图像分辨率,明亮度和聚焦效果来说是一个更好的选择。
  增加画面层次感
  由于采用了边缘融合技术,画面的分辨率,亮度得到增加,同时配合高质量的投影屏幕,就可以使得整个显示系统的画面层次感和表现力明显增强。
  边缘融合系统与传统拼接的差异
  在超大尺寸的屏幕上显示多个画面内容,通常有以下几种方法:
  箱体拼接、多张屏幕拼接、整张屏幕无缝边缘融合
  在传统的拼接方式中无论是箱体的拼接还是多张屏幕的拼接,都无法消除画面本身存在的物理拼缝。
  而在新的边缘融合技术中,由于采用整幅屏幕,所以消除了传统拼接存在的屏幕间的物理缝隙,从而使得屏幕显示的图像整幅保持完整。而采用边缘融合处理技术后,更消除了光学缝隙,从而使显示的图像完全一致,保证了显示图像的完整性和美观性。这在边缘融合显示地图,图纸等图像信息时更为重要,因为在图纸,地图上存在大量的线条或路线等,而屏幕缝隙和光学缝隙就会造成图像显示污染,容易使观察人员把显示的图像线条和拼接系统本身的线条误为一体,从而导致决策和研究失误。而通过边缘融合处理,就可以避免出现这种情况。
  在边缘融合拼接系统中,所有图像都经过边缘融合处理器进行了校正和统一,这样在大屏幕上进行图像显示和切换时,无论切换什么格式的图像,整个屏幕的亮度,色彩,鲜艳度,均匀度都比较一致。
  由于在处理器中对投影显示图像进行了处理,可以对不同投影信号间的色差,亮差,均匀度进行调整,这也使得该系统显示的图像质量更完美。边缘融合图像处理器除了具有边缘融合和图像多画面处理功能外,还有图像存储和调用功能,可以把本身存储的高分辨率图像直接作为大屏幕系统的背景进行显示,这在实际使用中非常具有实用价值。
  边缘融合的方式
  在实际应用中通常会有以下四种方式:
  亮度的叠加提高某些应用场景中,经常出现单台亮度较高的投影机价格昂贵,成本无法接受,而应用边缘融合技术,可以将两台甚至3台低亮度的投影机画面叠加以达到高亮度投影机的画面显示效果。
  宽视角的排列多台投影机水平排列组合可以打出更宽幅的画面。随着用户对超大、完美显示需求的日益增加,这种宽视角排列方式更多地应用于大型的会议中心,演艺中心,展览馆和军事项目等。
  多台投影机垂直堆积产生纵向的显示画面
  这种特殊排列的创意也逐渐被人们所欣赏,通常应用于广告行业或一些特殊要求的现场演示会。
  多台投影机堆积出更高更宽幅的超大画面
  当客户提出更多的图像信号源处理及更大视野显示需求时,还可通过多台投影机融合堆积出更高更宽幅的画面,这种应用通常在监控中心和指挥中心。
  边缘融合系统实施选型
  工程实施
  随着融合显示技术与控制技术的不断融合和发展,在高端的工程领域,通过融合而成的大屏幕图像显示得到了广泛的应用,它所带来的超大画面、多屏显示以及清晰、逼真的显示效果,以下为INFOPLAY大屏幕初步设计步骤:
  确定大概尺寸
  确定投影机的数量
  选择投影机(确定投影机亮度,分辨率,镜头)
  选择屏幕(考虑屏幕增益,均匀度,平整度)
  选择融合处理器
  预设软边融合的区域值
  安装及校准屏幕和投影机
  调试系统及测试
  结构选型
  边缘融合大屏幕系统是一套复杂的系统工程,通常组建一套完整的INFOPLAY边缘融合拼接系统需要以下设备。
  边缘融合处理器
  图像边缘融合处理器是实现从独立屏幕演示过渡到多个投影机无缝宽屏演示的核心设备。
  图像边缘融合处理器的功能全部由一台大屏幕处理器来实现和操作。如:边缘融合,多路输入源选择,无缝切换,图像处理和操作人员控制等。可满足支持多窗口显示,并且以无缝融合宽屏信号为背景的多画面显示应用。
  处理器视频处理包括数据复制,用以生成重叠投影区域,以及重叠图像的边缘羽化。数据重叠和边缘羽化的交叉数据幅度可由用户自主编程。
  经过这个处理器进行屏幕拼接及边缘融合处理后,整个系统可实现以下功能:
  1) 多个信号输入
  根据要求,系统可配置为多个信号源输入。对于多屏安装,每个信号源输入可根据安装使用的屏幕数量被复制。
  2) 多个通道输出
  比如有的处理器具有多个标准的DVI输出,可支持任何显示终端。对于每个输出通道,
  分辨率最高可支持UXGA(1600*1200)。
  3) 高级的效果控制
  *视窗控制
  可以根据象素精度定义视窗的位置和大小,由此来显示窗口的输入。
  * 数字放大
  在每一视窗内,均可对图像进行所需的缩放。
  * 特效控制
  选择产生奇特形状的重叠,镜像效果,阴影三维立体效果,淡入淡出,飞进飞出等。
  * 次序控制
  所叠加的窗口可以动态方式存在,用户可决定任一窗口放置的前后次序。
  * 边缘融合
  内置的边缘融合功能和羽化特性可产生光滑的全景重叠。
  * 直观,简洁的控制软件
  控制软件通过友好的管理界面,数字化的处理方式,方便用户进行信号选择,显示布局,画面处理的多种管理功能。
  控制端
  边缘融合器的控制端可采用电脑,控制台或中央集中控制系统。
  投影机
  利用边缘融合技术的显示系统可以使用CRT,LCD,DLP,LCOS等多种显示技术的投影机产品。但是应用中需要注意的是:投影机的亮度,分辨率,均匀度。
  1 CRT投影机
  CRT是实现最早,应用广泛的一种显示技术。这种投影机可以把输入信号源分成R(红),
  G(绿),B(蓝)三种颜色,经过发光系统放大,汇聚,在大屏幕上显示出彩色图像。显示的图像色彩丰富,还原性好,具有良好的几何失真调整能力,但其亮度较小,另外CRT投影机操作复杂,机身体积大,只适合安装于环境光较弱,相对固定的场所,不宜搬动。
  2 LCD投影机
  LCD投影机大多是三片式设计。
  LCD投影机成像器件是液晶板。利用外光源把强光通过分光镜形成R/G/B三束光,分别透射过RGB三色液晶板,信号源经过液晶板显示在大屏幕上成像。多用于临时演示,商务会议和教育行业。
  3 DLP投影机
  DLP投影技术的诞生实现了数字信息显示。DLP技术是显示领域划时代的革命,它以DMD (Digital Micromirror Device)数字微反射器作为光阀成像器件。
  DLP投影机的技术首选是数字优势。数字技术的应用,使图像能够实现更高的灰度等级和更多的色彩。图像噪声消失,画面质量稳定,精确的数字图像可不断再现。其次是反射优势。反射式DMD器件的应用,使成像器件的光效率大大提高,对比度和亮度的均匀性都非常出色。DLP投影机通常分为:单片机,三片机。DLP投影机清晰度高,画面均匀,色彩锐利,三片机亮度最高可达25000流明,可随意变焦,调整十分便利。根据美国德州仪器发表的技术白皮书,DMD的核心寿命长达100,000小时。另外,DLP投影机还可以做到10bit数字处理,满足宽带视频需求。
  屏幕
  1选择屏幕的主要标准有:
  *屏幕的材质
  *屏幕的增益以及半增益视角
  *均匀度
  *平整度
  *分辨率
  *对比度
  *超大无缝
  在大屏幕投影系统整体资金比例中,屏幕可能只占有较少的一部分,但是对于整个系统的效果而言,却是至关重要的,如果投影屏幕选择不合适,就相当于整个系统设置了一个瓶颈,无论系统其他设备性能多么优良,整体视觉效果都会受到抑制,无法把系统的完美性能充分表现出来。在以前的投影系统中,由于受技术限制,投影机的亮度无法做到很高,所以为了增加投影亮度,对屏幕一般都要求比较高的增益率,但是这样会影响对比度和色彩细腻程度。如今投影技术的发展非常迅速,投影机的亮度已经不是问题,所以对投影幕的要求中,增益率就放在了较低的位置,而主要考虑屏幕的平整度,视角对比度和均匀度。在这种应用里选择增益是1.0(+/-0.5)的屏幕可以获得更好的成像效果。原因是当屏幕的增益越大屏幕的视角就会越小,如果观众不在屏幕的正中间时很容易就看见屏幕的融合部分,这样整体看来就显得图像的均匀度很差。
  边缘融合的各大厂家及产品特点
  纯硬件融合厂家
  INFOPLAY:基于GPU硬件融合,全智能化融合调试技术,最高单台设备支持5Kx5K 以上的真实分辩率显示,多应用于高端图像处理、应急指挥、3D立体、虚拟仿真等应用。---价格较高
  3DP:插卡式硬件融合,需要windows操作系统下运行融合,主要面对飞行模拟方面应用,国际上高端产品;----价格很高
  博睿:融合为嵌入式融合,无操作系统,开机只许3秒钟;调试复杂,调试后效果完美,国产里的高端产品;----价格较高
  创凯:融合为嵌入式融合,无操作系统,开机只许3秒钟;调试较为复杂,调试效果不太理想,国产内的中低端产品;---价格较高
  中旭信达:GPU硬件融合,类似于3DP产品有windows操作系统,调试简单灵活,效果完美,适用于展览馆、会议室、虚拟显示、飞行模拟等,国产内的中高端产品。---价格较高
  睿通讯达:融合器为分布式融合器,无操作系统,开机小于3秒,调试复杂,调试后效果完美,是2012年业内推出的网络版新产品,特色比较鲜明----价格较高
  浩腾和润:纯硬件嵌入式架构,无操作系统,即开即用,调试采用相机扫描方式,调试完毕画面无色差。调试过程全自动,无需人工参与。----价格居中
  软件融合厂家
  WATCHOUT:国外品牌,主要应用在舞台灯光场所较多,需要配备专业的服务器------价格较高
  中旭信达:Meger边缘融合,虽为国产融合,但是可以达到WATCHOUT的完美效果,调试简单方便,使用灵活,支持各种扩展应用;可以应用在户外投影,展览展示,异形投影,穹顶显示,3D立体、会议应用等------价格适中
  coolux:国外产品,次产品功能强大;可以做各种特效处理,主要应用于广电领域-----价格很高
  汇融视景:专注于GPU边缘融合的研究与GPU科学计算,主导十分钟打造效果超凡的桌面融合系统,属于专业级供应商----价格较高
  浩腾和润:基于显卡GPU图形处理核心开发,不占用CPU资源,调试简单快速,支持投影色差调节,支持windows全平台运行。广泛应用于仿真、会议等环境。性价比高。----价格居中


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