光学技术在数字电影放映系统中的应用探析

张瑞瑞 王秀珍

（郑州科技学院基础部 河南·郑州 450064）

数字技术的迅猛发展，标志着数字信息时代的来临，传统老旧的胶片电影放映模式已被更新替代，且数字电影放映系统受到广泛应用。为进一步革新数字电影技术，需要对光学原理作深入研究，使光学技术为数字电影放映服务。如今，光学技术、纳米技术和电子显微技术等技术的应用，优化了数字电影放映系统，给用户带来前所未有的视觉体验，且满足其高质量精神需求。数字电影放映系统与传统电影放映系统相比，色彩更加鲜明饱满，放映效果更加立体直观，且具有成本低、发型快捷方便等优势和价值。

1 光学技术与数字电影放映系统概述

1.1 光学技术

光随处可见、无处不在，就是在光的作用下，我们才能具有不同的视觉效果。光学有着较强的特殊性，在研究上具有一定难度系数。就目前对光学的研究现状来看，除了要了解光的来源、产生及与其他普通物质的作用原理，还要致力于开发和应用新型光学技术。随着科学技术的不断发展，光学技术在各行业领域内受到普遍应用，如医疗事业、国防事业等。

1.2 数字电影放映系统

1.2.1 分色基本原理

氙气灯应用在分色装置下，发出红、绿、蓝三种色彩，经反射作用下，折射到三个靶面上，运用数字信号，对光源信息进行解码，此时每个靶面将收集到光传输到镜头上，生成不同色彩信息，反映到屏幕上，产生全彩色的立体画面。

1.2.2 数字电影放映系统

数字电影机作为影视放映的重要部件，依照反映环境、功能及结构构造的不同，具有大型、中小型和迷你型数字电影机，大型数字电影机体积和尺寸较大，成本费用也较高，主要应用在大型场所，如电影院、户外场所等；企业会议、传媒公司多选用中小型数字电影机，其亮度和尺寸中规中矩；而家庭及个人主要使用迷你型数字电影机，满足若干人观影需求。采用数字电影反映系统，其制作精良、画面精湛，播放质量和效果较佳。

由于放映系统是数字电影放映系统的主要原件，所以质量的好坏直接影响到电影画面播放效果，也就是说，若数字电影制作工艺精良，并运用高质高效的播放系统，会给观影用户耳目一新的感觉，提供一场视觉体验。以往电影播放系统多采用传统胶片。

2 光学技术在数字电影放映系统中的应用分析

2.1 光学技术在数字电影色彩调配中的作用

使用光学技术对银幕进行投影时，黑白图像到色彩图像的呈现，依托于过滤光波，过滤光波中的彩色轮呈扇形结构，具有红绿蓝三种光片，通过调节光片的旋转频率，每1秒可刷出高达180～200个彩色色场，专业人员明确彩色模式放映的先后顺序外，彩色轮经照射作用下，三色光依次投射于DMD（数字微反射镜）平面，结合具体的数字电影放映情况，像素经相互融合，先是转换为图片，按照视觉暂留效应，多种信息按照不同频率滚动播放，生成流动画面，给人以不同的感观效果。

2.2 光学技术于数字电影投影成像中的应用

在投影技术的应用上，采用液晶显示、数字化光处理等方式，尤其是数字化光处理技术，主要依托于数字显微原件。光学仪器使用时，有着较为严格、高精密的光学参数，如焦距、孔径、尺寸等，数字电影更是如此，如投射靶面、聚光片厚度及直径等，都需要明确具体的光学参数，值得注意的是，如果呈现出的图像在5000流明以上，需要分析氙灯的使用情况。

2.3 明确镜头焦距

当前我国主要使用 BARCO公司制造生产的 DO100机型，该机型能达到2K像素，由于影院的放映位置、放映距离都是固定化的，为了使用户获得较好的观影的体验，可采用固定距离的方法，也就是选取不同覆盖规格的焦距镜头，通常焦距镜头包括35mm-41mm、40-52/67mm等规格，虽然种类多样，但镜头采购往往需要花费大量成本，对此可以改变变焦镜头，既能满足用户视觉体验，又节省运营成本。

2.4 明确光学镜头后工作距离

为了保障数字电影投影成效效果，应明确光学镜头后的工作距离，对此有两种检验方法，一种是直接测量放映机中的光学构造，但考虑到光学仪器十分精密，往往会存放在密闭的空间内，为实地测量增加了难度；另一种是收集大量数据，如靶面数据、聚光片数据和分光作用数据等，结合光的逆向原理，核算出工作距离，该方法简单易操作，具有可行性。

2.5 明确镜头结构

很多专业人员都十分清楚，光学镜头后工作距离与焦距应保持0.5～07的比例，所以镜头设计较为简单，但不容忽视的是，一旦镜头焦距超过40mm及以上，光学镜头后工作距离也会相应上升，此时为保持两者之间的比例，应选用远心的镜头结构。远心的镜头结构由于孔径尺寸非常小，生产设计上具有一定难度，再加上该镜头需要在高温条件下运行，也就是工作条件为6000流明及以上，所以可采用全权分离的方法优化远心光路，以此保障视觉效果。

2.6 相差的影响

采用光学原理对电影机进行投影成像时，画面质量也会受到波及，这是数字电影放映系统运行中一种十分常见的现象；光学系统中经常会出现数十种像差，产生这种问题的因素较多，如光源、光色分离等，其中镜头相差尤为关键，直接降低画面质量。为增强画面效果，应将减小相差影响作为重点，需认真分析光源、靶面投射、投影镜头等因素，及时加以调整和优化，使误差控制在合理范围内，确保人们正常的观影效果。

3 数字电影成像的光学机理

3.1 DMD靶面成像原理

DLP（数字光处理）技术关键是DMD靶面，其中DMD系统中包含不计其数的正方形铝合金镜片，这些镜片体积十分精细，同时里面还有电场控制的CMOS（互补金属氧化物半导体）集成电路，形成小动量电场转向机构和微镜阵列。在对大量丰富的数字信号进行解码后，快速传送到DMD每个模块内，此时CMOS会结合数字信号来调控电场，小动量电场朝着微镜旋转，微镜上的白光在不同路径下发挥反射作用，将波光投射到大屏幕上，微镜越小，像素越多，分辨率越高，反之，微镜越大，像素越少，分辨率越低。不同光线折射到靶面上，生成不同的色彩，这是RBG色彩的合成原理，根据此原理能将单色图像直接转化为彩色图像。如今数字影响设备主要包括低端设备和高端设备两大类型，低端设备主要运用单靶面结构，而高端设备则使用三靶面结构。

3.2 单靶面结构彩色图像生成机理

单靶面结构彩色图像的生成，主要依据人的“视觉暂留”效应原理，并与RBG图像相组合，经在靶面传输光路上增加色彩轮，控制转速为60HZ，比如应用视频信号，将RBG数据分解出来呈现紫色，该颜色是有红光和蓝光相互合成，此时色彩轮同步旋转，当旋转到两光范围内，微镜处在打开状态；若旋转到绿光时，微镜会自动关闭，而紫色颜色的深浅度，需要了解红光和蓝光开关的频率，同时借助于投影仪，将红光、绿光和蓝光柑橘信号的不同频率依次投影到屏幕上，产生方形像素的图像。此外，因为色彩变化丰富多样，在人们眼球内会存在短暂的停留，进而形成一个较为完整的彩色图像。

3.3 三靶面结构彩色图像生成机理

与单靶面结构彩色图像生成机理一样，三靶面结构也借助反射成像的原理，但值得注意的是，三靶面结构比单靶面结构更为复杂，其照射靶面的分光机构主要应用分色棱镜，参考分色原理（如图1所示），当一束光线经反射作用下，传输到第一个棱镜上（A），蓝色光束于（F1）反射，蓝光作为高频光，具有波长短的特点，此时波长低频光能够自由通过。蓝光从棱镜（A）射出后，其他光线会传输到棱镜（B），由于棱镜（B）连接着第二个途层（F2），经此处分裂后，将红光加以反射，波长短的光束能够自由穿透，红光在两个棱镜（A和B）之间的缝隙处进行全反射，剩余绿光被传送到棱镜（C），这就是将一束白光先后分离出红光、蓝光和绿光的整个过程，由于这种三原色最终的成像亮度不同，且经过调节光色波长，提升光的有效利用率。分解后的单色光分别射入A、B、C三个靶面，在靶面表现反射作用下，重新射入棱镜中，生成具有耦合光的彩色图像，并依托镜头载体，将光投射在屏幕上。因此，具有相同功率的氙气灯发射出的白光，在三个靶面反射率一致的前提下，三靶面结构对光的有效利用率较高，与单靶面结构相比，高出三倍作用。如今大型电影院内选用的数字电影放映设备，多为三靶面结构。

图1：分色基本原理效果图

4 结束语

数字技术在各行业和领域内受到广泛应用，其中以数字电影为代表，取得了较好的应用效果，替代了传统胶片电影，提高了储存质量、视觉效果。数字电影放映系统运行中，需依托于光学技术，为进一步增强色彩清晰度，使画面更具立体化效果，应致力于在光学领域的研究，同时还要借助于光学原理控制成本支出，并优化播放系统，促进电影行业的长期发展。