DLP大屏幕系统在城市粪便处理场的应用研究

2011-07-26韩兴连

灯与照明 2011年4期

韩兴连

(重庆市自来水公司，重庆400013)

0 引言

DLP大屏幕显示墙系统在电力、公安指挥中心、交通监控管理、工业生产调度、监测控制等多个领域的控制室中得到了广泛的应用，其功能是集中显示来自计算机、视频和网络等多种不同信号，以满足用户大面积显示综合信息的观看需求。重庆市黄沙溪粪便无害化、资源化处理场设计日处理粪便能力为600 t，目前是全国最大的粪便无害化处理场。采用生物处理技术，利用生物活性菌降解粪便中的有机物，从而化粪为水，再经过污水处理和消毒工序，最终使处理后的粪水达到国家规定的一级排放标准，处理后的清水用于植物浇灌，最后产生的残渣利用污泥堆肥工艺制成肥料，达到生态循环。在粪便处理过程中，要实现无人值守，且对池内生物活性菌状态以及整个粪便生化处理工艺进行监控。在设计监控系统时，采用了DLP大屏幕显示墙系统用于集中显示厂区视频安防监控、生化反应池内反应状况、全厂工艺流程实时参数等信息。

1 显示系统概述

DLP大屏幕显示墙系统利用先进的DLP投影显示、图像处理拼接、计算机网络及软件控制等技术，实现各种综合信息的高清晰度、高亮度、高对比度、大画面、多功能的集中显示。系统由显示效果优异的DLP投影单元拼接而成的投影拼接墙和图像处理能力极强的内置图像拼接器以及操作简捷灵活的控制软件组成。接入系统的各种RGB信号和视频信号通过单元内置的嵌入式图像处理器处理后输出到投影单元，实现单屏、多屏以及整屏显示，各种图像窗口任意实现放大、缩小、漫游、叠加显示。

黄沙溪粪便处理场DLP大屏幕显示墙系统由DLP拼接墙和LED显示屏组成，其中DLP拼接墙由2行5列共10个60寸双灯高清投影单元组成，在DLP拼接墙上侧为双基色LED显示屏。

工程中的DLP大屏幕投影显示墙系统由基于DLP(数字光源处理系统)技术的投影单元(含投影箱体、DLP投影机、专业背投影显示屏幕、内置图像处理模块)、专用系统控制软件及相关外围设备(框架、底座、线缆等)组成。

根据现场实际情况，组合屏采用水平放置，底座高度在80 cm左右，控制台到大屏幕的观看距离大于4 m。同时，为了方便安装维护，投影单元箱体后面净空间大于80 cm。DLP大屏幕投影显示墙系统结构如图1所示。

图1 系统连接图

2 系统设计特点

2.1 DLP投影机

在本方案中采用的是中国华录集团的DWL-HDT系列投影单元组成大屏幕投影显示系统，该投影单元以美国TI(Texas Instrument)公司最新开发的数字微反射器件(DMD)构成的DLP(Digital Light Processor)投影机为主体。

DLP投影机采用全数字化信号处理技术，以DMD芯片作为光阀成像器件，采用数字光处理技术调制计算机和视频信号，驱动DMD光路系统，通过投影透镜获得大屏幕图像，原理结构如图2所示。该技术具有图像显示色彩鲜艳、画面清晰、锐利和免维护等特点，核心部件(DMD)寿命超过1×105h。目前单台DLP投影机的分辨率为1 600×1 200，多台组合拼接可实现超高分辨率的显示，整体墙分辨率为各投影显示单元分辨率的叠加。

图2 DLP投影机原理

2.2 DLP单元特点及功能

DLP投影采用美国TI公司最新技术的0.95″单片12°偏转角 LVDS DMD芯片，图像信号传输、处理速度更快。图像显示比例为4∶3，单屏物理分辨率为1 400×1 050。投影机芯亮度为1200ANSI流明;投影单元图像对比度为2 000∶1;图像输出一致性达到95%;图像灰度12Bit;显示画面稳定无闪烁，拼接后整屏亮度均匀性大于95%，整屏色彩一致性大于95%;光源数量及功率:采用2只Philips 180 W UHP超高压汞灯，灯泡的功率可在160～180 W之间调整，可以根据不同的使用场合来调整灯泡的工作功率，提高了使用的灵活性。

工程中的DLP系统采用了先进的模块化结构，DLP引擎由电源模块、灯组模块、光机模块等几个相对独立的模块构成，使得引擎具有良好的防尘、散热和抗电磁干扰的特性，进而有效地延长了引擎寿命、极大地简化了维护和保养的操作。

2.3 显示调控技术

DLP投影机引擎能够存储其各自色轮的色彩特性。对已经调整过的显示墙系统，可以高效率地进行色轮更换。更换色轮后，装配了新色轮的显示单元会立即识别出已改变的特性，并自动调至色彩参数与新色轮匹配，保证色彩输出和以前一致。灯泡都带有一张存储自身色彩特性的SD卡。在更换新灯泡后，引擎能将新灯泡的数据传送到其他单元，并通过相互交换数据来完成色彩的参数匹配和控制调节。

数字亮度补偿系统。每个显示单元具有16×13个矩阵块的亮度调整电路，可进行局部亮度调整，使单元的亮度均匀一致性达到95%，基本消除太阳效应，从而达到全墙的亮度统一，使多屏拼接显示出浑然一体的画面。

色域调整电路。投影机引擎采用数字彩色平衡和混合电路，可以有效保证亮度、色彩的高度一致性。该电路具有独立6色域调整功能，能够调节红色-R、绿色-G、蓝色-B、青色-C、黄色-Y、紫色-M三种原色和三种混合色的增益值、高亮值和暗场值，从而保证投影单元之间实现最高水平的色域重合度，保证投影墙具有最均衡的的色彩和亮度一致性。

3 现场应用需求

3.1 可靠性

由于黄沙溪粪便无害化、资源化处理场在重庆市创建国家环境保护模范城市活动中具有示范基地的作用。DLP系统除了在生产系统正常运行时监控工艺之外，还需要在相关领导视察工作时示范粪便无害化处理工艺的流程。因此，必须确保系统的稳定性及可靠性。工程中，针对可靠性要求，DLP系统采用了备份的设计理念，采用垂直双灯冷备份设计和双电源冗余备份设计，确保大屏幕显示系统能够在任何场合下都能正常显示。

通过投影单元功能强大的内置多层画中画拼接处理器，可实现直通信号任意方式的放大、缩小、叠加、跨屏、漫游显示，设计上采用了图像处理器和投影单元内置多层画中画拼接处理器相结合的方法，形成多通道的显示方式，保证系统在拼接控制器发生故障时能提供视频信号和RGB信号的直通和以窗口形式拼接显示，从而提高系统的可靠性，可确保系统7×24 h的不间断运行。同时投影显示单元采用了先进的垂直双灯冷备设计，一只灯泡工作，另一只灯泡用于备份，在工作灯泡出现故障时，备份灯泡立即点亮并同时切换到工作位置，具有真正意义上的备份作用，使得显示系统具有极高的稳定性和可靠性。

另外，DLP投影单元为封闭箱体，设备组件内置于箱体中，可以有效地排除环境的干扰、影响，保证显示系统在安全的状态下工作运行，同时显示核心采用了免维护的DMD技术，使得在使用过程中无需繁重的维护工作。

3.2 经济性

为了便于后期的维护，降低维护费用，在本方案中，所选用的设备适合长时间不间断运行，具有低功耗，易维护的特点，有效降低了系统运行中的维护费用。在兼顾优良性能的基础上充分考虑经济性，系统总体造价非常经济，此外，整体系统运行节省了人力费用、电力费用、耗材费用。

由于投影机采用垂直双灯冷备设计，工作时只有一只灯泡在点亮工作，双灯交替使用，在延长了灯泡使用寿命的同时，也大大降低了灯泡使用成本，光源采用的是Philips UHP冷光源灯泡，光源利用率高，输出亮度高，单只灯泡寿命大于6 000 h。同时投影机具有先进的亮度智能调整和色度智能调整系统，极大地提高了安装、维护效率和现实效果，同时也降低了前期安装和后期维护成本。