Charczuk Jakub Orechwo Zbigniew ZASADA DZIAŁANIA, BUDOWA, PARAMETRY ORAZ ZASTOSOWANIE PROJEKTORÓW WIZYJNYCH Charczuk Jakub Orechwo Zbigniew

Trochę historii… Idea sterowanych cyfrowo mikroluster, odbijających na ekran światło lampy projekcyjnej, narodziła się zaledwie 10 lat temu. Ówczesna technologia nie pozwalała jednak na wykorzystanie ogromnych zalet systemu. Powstawały urządzenia duże, nieporęczne i często się psujące. Jednak w kilka lat później ogromny postęp w mikromechanice warstwowej dał nowe możliwości, które dość skwapliwie wykorzystano i już w lutym 1996 roku Texas Instruments zademonstrował pierwszy system projekcyjny, wykorzystujący matrycę zawierającą 1.3 mln pikseli. Już około dwa tygodne później firma norweska Davis wyprodukowała pierwszy projektor graficzny na podsystemach Texas Instruments, a w maju kanadyjski Electrohome zastosował po raz pierwszy system trójchipowy. Czerwiec przyniósł urządzenia spełniające wymogi standardu SVGA. W sierpniu pierwsze zestawy DLP były już w sprzedaży. W Europie pojawiły się w 1996 roku na targach Photokina w Kolonii, a kilka tygodni później - na polskim rynku.

Projektor multimedialny (zwany także rzutnikiem multimedialnym oraz projektorem wideo) to urządzenie służące do wyświetlania obrazu na ekranie na podstawie otrzymywanego sygnału. Źródłem takiego sygnału może być stacjonarny komputer, laptop, magnetowid, kamera, odtwarzacz DVD lub tuner satelitarny itp W projektorach multimedialnych najczęściej spotyka się dwie konkurencyjne technologie generowania obrazu: LCD oraz DLP. Każda z tych technologii ma zarówno swoje zalety jak i wady. Nie można jednoznacznie wskazać, która z nich jest lepsza. Na rynku oferowane są także projektory CRT i Light Valve, jednak urządzenia wykonane w tych technologiach adresowane są do wąskiej grupy użytkowników, co powoduje, iż ich udział w rynku jest niewielki.

Wstęp… TECHNOLOGIA DLP Coraz większą popularność zdobywa technologia DLP (Digital Light Processing) opracowana przez firmę Texas Instruments. Zainstalowany w projektorze układ przetwarza sygnał wizyjny odebrany z komputera czy magnetowidu na sygnał cyfrowy. Sygnał ten użyty jest do wysterowania położenia kilkuset tysięcy mikroskopijnych lusterek znajdujących się w tzw. układzie DMD (Digital Micromirror Device). Lusterka, zależnie od nachylenia, w różnym stopniu mogą odbijać padające na nie światło.

TECHNOLOGIA DLP Zasada działania… Światło z żarówki metalowo-halidowej (lub UHP) przechodzi najpierw przez specjalny czerwono-zielono-niebieski obrotowy filtr, gdzie się zabarwia na jeden z kolorów podstawowych (np. czerwony). W tym czasie lusterka ustawiają się tak, że tworzą matrycę obrazu dla tego koloru. Światło dociera do układu DMD, odbija się od lusterek ustawionych poziomo i trafia do obiektywu, a potem na ekran projekcyjny. Ułamek sekundy, potem filtr przekręca się na kolejny kolor podstawowy (np. zielony); także lusterka zmieniają swą pozycję i znów tworzony jest obraz (zielonej składowej w naszym przykładzie). Kolejne trzy obrazy tworzą gotowy, pełnokolorowy obraz. Podstawowe kolory są mieszane tak szybko, iż oko ludzkie nie jest w stanie rozróżnić poszczególnych, monochromatycznych warstw.

TECHNOLOGIA DLP Budowa… Technika DLP pozwala uzyskać bardzo jasny i kontrastowy obraz, dużo lepszy od tego z projektorów LCD. Praktycznie wszystkie najnowsze projektory stosują tę technikę wyświetlania obrazu i wykorzystują nie jeden układ DMD, a dwa lub nawet trzy takie układy. W rozwiązaniach z dwoma układami DMD, drugi chip odpowiada wyłącznie za odbijanie koloru czerwonego. Projektory o trzech układach DMD posługują się każdym chipem do odbijania oddzielnych kolorów podstawowych.

Zalety… TECHNOLOGIA DLP z reguły mniejsze wymiary projektora Dzięki kompaktowej budowie modułu generującego obraz najmniejsze na świecie urządzenia projekcyjne wykonane są w technologii DLP. Nadaje się ona doskonale do celów mobilnych. Obecnie możemy spotkać projektory DLP ważące poniżej 1 kg (np. Optoma EP725). wyższy kontrast i lepsze odwzorowanie czerni Wielu użytkowników ceni sobie projektory DLP głównie ze względu na wysoki kontrast i dobre odwzorowanie czerni. Projektory wyposażone w najnowsze chipy DLP potrafią wygenerować obraz o kontraście powyżej 5000:1. obraz jest bardziej wygładzony i pozbawiony widocznych pikseli W technologii DLP wypełnienie obrazu jest znacznie większe (90%) i dzięki temu przerwy pomiędzy pikselami są prawie niezauważalne, a obraz gładki i jednolity. Różnica jest najbardziej widoczna w przypadku projektorów o rozdzielczości SVGA(800x600). brak niespójności kolorów W przypadku projektorów DLP z jednym układem DMD zjawisko niespójności kolorów nie występuje, ponieważ każda składowa generowana jest przez ten sam układ optyczny i można powiedzieć, że zawsze trafia w ten sam punkt ekranu.

TECHNOLOGIA DLP Wady… występujący efekt tęczy Ponieważ obraz generowany jest w sposób sekwencyjny (kolory nakładane są jeden po drugim), istnieje możliwość wyodrębnienia na obrazie poszczególnych składowych kolorów RGB. Na szczęście większość populacji, albo w ogóle nie widzi tego efektu, albo im to nie przeszkadza. Wraz ze zwiększeniem szybkości chipów DLP efekt staje coraz mniej zauważalny. niższa jasność Przy zastosowaniu identycznej lampy, projektor w technologii LCD będzie świecił jaśniej niż projektor DLP. Projektory DLP są bardziej dostosowane do zastosowań mobilnych, rzadkością są urządzenia o jasności powyżej 3000 ANSI lumenów.

Zasada działania… TECHNOLOGIA LCD Projektory LCD wyposażone są w ciekłokrystaliczne panele polisilikonowe. Światło lampy projekcyjnej jest rozkładane przez lustro dichroiczne na barwy podstawowe - czerwoną, zieloną i niebieską. Każda z barw podstawowych filtrowana jest następnie przez panel polisilikonowy. W ten sposób powstają trzy jednobarwne odwzorowania o wierności sięgającej najmniejszych punktów obrazu. Układ pryzmatyczny nakłada je na siebie w taki sposób, że na ekranie tworzy jednolite obicie. Tak wygenerowany obraz wyświetlany jest na ekranie za pośrednictwem obiektywu. Tak więc, obraz powstaje w samym projektorze, a nie na ekranie, co oszczędza wzrok widzów.

Zasada działania… TECHNOLOGIA LCD Dzisiaj produkuję się już tylko projektory z trzema aktywnymi matrycami polisilikonowymi. Oznacz to iż każda z barw podstawowych filtrowana jest przez odzielny panel polisilikonowy. Oznacza to lepszą jakość oraz dokładność otrzymanego obrazu. Zasada działania jest jednak taka sama.

Zalety… TECHNOLOGIA LCD lepsze nasycenie kolorów Spowodowane jest to faktem, że poszczególne składowe koloru (RGB) syntetyzowane są jednocześnie (w przypadku technologii DLP synteza koloru polega na bezwładności ludzkiego wzroku, patrz poniżej). Dodatkowe znaczenie w przypadku technologii DLP ma często wykorzystywane przez producentów „podbijanie jasności” projektora poprzez zastosowanie dodatkowego białego segmentu na filtrze kolorów (poprawia to również kontrast). obraz jest bardziej ostry Różnice są bardziej zauważalne przy złożonych prezentacjach arkuszy kalkulacyjnych, niż przy obrazie video. Nie oznacza to, że obraz DLP jest nie ostry, po prostu porównując ten sam obraz na obu projektorach dochodzimy do wniosku, że obraz LCD jest ostrzejszy. projektory LCD świecą jaśniej niż DLP przy wykorzystaniu lamp o tym samej mocy Przy wykorzystaniu lampy o tej samej mocy, z reguły w projektorach LCD uzyskamy wyższą jasność.

TECHNOLOGIA LCD Wady… widoczne poszczególne piksele (przestrzenie pomiędzy pikselami) Wypełnienie obrazu przez projektor LCD wynosi około 70%, co oznacza, iż taką część ekranu zajmują piksele, natomiast pozostałe 30% obrazu stanowią przerwy pomiędzy nimi. Z tego powodu z niewielkiej odległości od ekranu możemy zauważyć, że obraz projektora LCD składa się z drobnych punkcików. W zależności od klasy urządzenia, efekt ten jest bardziej lub mniej widoczny (im wyższa rozdzielczość tym efekt mniej widoczny przy tej samej wielkości ekranu). Niektóre projektory wyposażone są w mikrosoczewki lub specjalne funkcje wygładzania pikseli, które w znacznym stopni minimalizują ten efekt. gorsze odwzorowanie czerni oraz gorszy kontrast Istotne szczególnie w zastosowaniu w kinie domowym, aczkolwiek najnowsze projektory LCD przeznaczone do kina domowego zapewniają odpowiednią głębię czerni. Jest to spowodowane specyfiką stosowanych matryc LCD, które nie są w stanie idealnie odizolować (nieprzepuszczać) światła. możliwa niespójność kolorów Specyfika konstrukcji projektorów LCD, gdzie trzy kolory (RGB) składające się na obraz końcowy są generowane przez osobne układy optyczne, stwarza możliwość powstania niespójności podczas syntezy (trzy składowe się „rozjeżdżają”). Sprowadza się to do wyświetlania nieostrego, rozmazanego obrazu.

Inne typy projektorów… INNE TECHNOLOGIE Inne typy projektorów… Projektory CRT - odtwarzają obraz przy pomocy lamp projekcyjnych Cathode Ray Tube. Każda z tych lamp wyświetla obraz w jednym z trzech kolorów podstawowych: czerwonym, zielonym i niebieskim. Na ekranie, połączone strumienie owiatła tworzą kolorowy obraz o bardzo wysokim kontraście. Wadą tych projektorów jest ich duża waga (kilkadziesiąt kilogramów), oraz bardzo duże trudności w dostrajaniu, które może być wykonane wyłącznie przez doświadczonego fachowca.

Inne typy projektorów… INNE TECHNOLOGIE Inne typy projektorów… Projektory Light Valve - Sporadycznie stosowana ze względu na swoją wysoką cenę jest technologia Light Valve. Stanowi ona połączenie zasad działania urządzeń typu CRT i LCD, a więc matrycy ciekłokrystalicznej i lampy projekcyjnej. Obraz wyświetlany przez projektory tego typu jest bardzo wysokiej jakości. Technologia ta stanowi przyszłość projektorów, jednakże musi minąć jeszcze trochę czasu zanim się upowszechni. Urządzenia tego typu dostępne są przeważnie na specjalne zamówienie.

NAJWAŻNIEJSZE PARAMETRY Rozdzielczość Rozdzielczość to ilość poszczególnych punktów (pikseli), z których składa się obraz. Jest to ilość punktów w poziomie i pionie, których iloczyn wyznacza łączną ilość pikseli. Najpopularniejsze rozdzielczości projektorów to SVGA (800x600) oraz XGA (1024x768). Im wyższa rozdzielczość, tym większa ilość wyświetlanych linii poziomych i pionowych. To z kolei wpływa na czytelność obrazu i możliwość wyświetlenia większej ilości detali. W przypadku projektorów prezentacyjnych najpopularniejsze są rozdzielczości SVGA oraz XGA. Do kina domowego zalecane są rozdzielczości typu 16:9 (WVGA, WXGA), choć nie jest to warunek konieczny. Urządzenia o rozdzielczości SVGA lub XGA również mogą się doskonale spisywać w tym zastosowaniu.

NAJWAŻNIEJSZE PARAMETRY Jasność Inaczej nazywana „siłą światła”. Jest to jeden z najważniejszych parametrów projektora, ponieważ to on głównie decyduje o zastosowaniu danego projektora. Jasność podawana jest w ANSI lumenach. Współczynnik lumenów określa natężenie światła emitowanego przez projektor. American National Standards Institute usystematyzował metodę mierzenia lumenów w specyfikacji ANSI. Dzięki temu standardowi klienci maja możliwość łatwiejszego porównywania jasności poszczególnych modeli pochodzących od różnych producentów.

NAJWAŻNIEJSZE PARAMETRY Kontrast Kontrastem określa się stosunek natężenia światła w elementach o maksymalnej i minimalnej jasności np.: różnica między czernią a bielą na obrazie wyświetlanym. Im wyższy jest współczynnik kontrastu, tym większa jest zdolność projektora do wyświetlania poszczególnych odcieni kolorów. Większy kontrast pozwala na dokładniejsze odwzorowanie barw.

NAJWAŻNIEJSZE PARAMETRY Obiektyw i optyka W zależności od przeznaczenia projektora stosuje się różnego typu obiektywy. Najczęściej można spotkać się z obiektywami standardowymi, które dają obraz o szerokości równej połowie odległości projektora od ekranu (stosunek 2.0:1). Coraz częściej oferowane są obiektywy szerokokątne (z krótszą ogniskową). W specyficznych zastosowaniach używa się także teleobiektywów (z dłuższą ogniskową). Obiektyw szerokokątny pozwala uzyskać obraz o dużej przekątnej z niewielkiej odległości (stosunek około 1.0 – 1.5 : 1). Jest to idealne rozwiązanie dla niewielkich sal i pomieszczeń, gdzie z przyczyn technicznych projektor musi być ustawiony blisko ekranu. Telebiektyw stosowany jest w dużych aulach i salach, gdzie projektor musi być umiejscowiony w znaczącej odległości od ekranu (stosunek 3.0 – 8.0:1 a nawet i więcej). Ponadto wyróżniamy obiektywy z elektrycznym i manualnym sterowaniem, gdzie regulacje wielkości i ostrości obrazu odbywają się odpowiednio za pomocą silników elektrycznych lub ręcznie. Przy omawianiu obiektywów warto wspomnieć o rozwiązaniu typu Lens Shift. Polega on na możliwości przesuwania obiektywu w pionie (w górę i w dół) i w poziomie (w lewo i w prawo). Bardzo przydatna funkcja, kiedy nie ma możliwości ustawienia projektora prostopadle do ekranu. Układ Lens Shift pozwala na korygowanie zniekształceń trapezowych drogą optyczną, bez jakiejkolwiek utraty jakości, co ma miejsce podczas typowej cyfrowej korekcji efektu „Keystone”.

NAJWAŻNIEJSZE PARAMETRY Przekątna obrazu Przekątna obrazu - inaczej mówiąc, jak duży obraz uda nam się uzyskać przy ustawieniu projektora w określonej odległości od ekranu. Niektóre modele projektorów z odległości 4 metrów mogą osiągać przekątną obrazu ok. 3,5 m. Inne osiągną tylko 1,5 m. Tak więc w zależności od tego, czy przewidujemy że projektor będzie stał daleko od ekranu, czy też bezpośrednio przy nim, wybieramy urządzenie które posiada odpowiednie proporcje obrazu. Określa nam to parametr proporcja obrazu. Np. proporcja obrazu 4:3 jest bardzo dobra wtedy, gdy projektor ma stać w odległości 3 - 4 metrów od ekranu. Mimo takiej bliskości będzie w stanie wyświetlić odpowiednio duży obraz, dobrze widoczny dla wszystkich uczestników spotkania. narzędzia prezentacyjne w pilocie - na spotkaniach dla dużych grup prezenter często oddala się od projektora na kilka - kilkanaście metrów. Dlatego pilot projektora musi mieć możliwość co najmniej sterowania myszą i posiadać wbudowany wskaźnik laserowy.

NAJWAŻNIEJSZE PARAMETRY Wejścia / wyjścia RGB, typowe analogowe złącze komputerowe, służące do podłączenia karty graficznej komputera z projektorem, połączenie analogiczne do podłączania monitora komputerowego (złącze 15 pinowe D-sub) DVI, cyfrowe złącze komputerowe. W przypadku urządzeń posiadających złącze DVI, połączenie cyfrowe umożliwia przesyłanie cyfrowego sygnału video bez potrzeby konwersji na sygnał analogowy. Uzyskiwany w ten sposób obraz charakteryzuje się wyższą jakością i stabilnością. Złącze typu DVI ma kilka odmian. Może to być np. DVI-D (tylko sygnał cyfrowy), DVI-I (możliwość przekazania zarówno sygnału cyfrowego jak i analogowego), M1-DA (cyfrowo-analogowe złącze oferujące dodatkowe możliwości – np. obsługę USB). HDMI (High-Definition Multimedia Interface, dawniej DVI-CE) – nowy standard złącza cyfrowego, następca DVI dla multimediów. Umożliwia przesyłanie „w jednym kablu” obrazu i dźwięku (wszystko cyfrowo): obraz o rozdzielczości do pełnego HDTV (1080p – 2.2 Gbps) – nie skompresowany, dźwięk wielokanałowy (również nie skompresowany). Łączna przepustowość łącza to 5Gbps. Złącze inne niż DVI (mały wtyk przypominający trochę połączenie sata i małego firewire, Typ A ma 19 pinów, Typ B ma 29 pinów), do części projektorów Optomy można dokupić przejściówkę HDMI -> DVI. HDMI jest kompatybilne z DVI (w sensie że do HDMI można podłączyć DVI) ale nie jest tak w drugą stronę – ważne ponieważ niektóre odtwarzacze DVD nie pozwalają wyłączyć HDMI i nie działa to z projektorami, które tego nie obsługują.

NAJWAŻNIEJSZE PARAMETRY Wejścia / wyjścia HDCP (High-bandwith Digital Content Protection) – w sumie to nie jest złącze, tylko protokół. Dostępny dla DVI i HDMI. Zastosowanie: szyfrowanie połączenia pomiędzy źródłem sygnału (DVD, komputer itp.) a odbiornikiem sygnału (np. projektor). Komponent (component), jedno z najbardziej zaawansowanych złącz dla sygnału video. Sygnał komponentowy video przekazuje informację o obrazie w postaci jego wszystkich składowych. Składowe te, luminancja oraz chrominancja, są definiowane jako „Y-Pb-Pr” (dla sygnałów analogowych) oraz Y-Cb-Cr (dla sygnałów cyfrowych). Dzięki temu uzyskuje się jeden z najlepszych obrazów w porównaniu z innymi popularnymi standardami. Ponadto złącze to może być wykorzystane do przesyłania obrazu przetworzonego przez układ progresywnego skanowania (co nie jest możliwe w przypadku S-Video i Kompozyt). S-video. Oferuje jakość pośrednią pomiędzy złączem kompozytowym (Video) a komponentem. Przekazujący dane za pomocą informacji o kontraście (luminancja) i kolorze (chrominancja). Gniazda S-Video to maleńkie 4-pinowe wtyki. Kompozyt (composite), potocznie nazywany Video. Najpopularniejsze i najczęściej występujące przyłącze sygnałowe. Sygnał kompozytowy jest wygodny, ponieważ jest „kompaktowy” i akceptowany przez wszystkie odbiorniki, ale oferuje najsłabszą jakość obrazu (jest to wejście 1x chinch/RCA – najczęściej żółty).

NAJWAŻNIEJSZE PARAMETRY Wyposażenie i funkcje wirtualna mysz Funkcja pozwalająca na kontrolowanie myszy komputera pilotem projektora. Aby ją uaktywnić należy podłączyć projektor do komputera przez port USB lub PS/2. Tym sposobem komputer komunikuje się z projektorem, którego pilot przejął funkcję myszy komputerowej. Pozwala to na przykład uruchamiać programy oraz zmieniać obrazy prezentacji bez podchodzenia do komputera. korekcja efektu trapezowego Praktycznie wszystkie obecnie występujące na rynku projektory wyposażone są w układy pozwalające na korygowanie geometrii wyświetlanego obrazu – zwane inaczej korekcją trapezu lub jeszcze inaczej korekcją efektu „Keystone”. Wykorzystanie tej funkcji jest niezbędne w sytuacji, kiedy nie mamy możliwości ustawienia projektora prostopadle do ekranu. Przy nieprawidłowym ustawieniu projektora uzyskany obraz będzie posiadał widoczne zniekształcenia i swoim kształtem przypominał trapez. W takiej sytuacji dopiero użycie regulacji „efektu trapezu” pozwoli nam uzyskać prawidłowy, prostokątny obraz. Regulacja efektu „Keystone” może być pozioma (H) i pionowa (V), może również być regulowana ręcznie lub automatycznie, może być cyfrowa (ze stratą jakości obrazu) i optyczna (mechanizm Lens Shift). zoom zoom cyfrowy (realizowany przez cyfrowe przetworniki projektora) – funkcja umożliwiająca powiększanie wybranego fragmentu obrazu, najczęściej obsługiwany za pomocą pilota projektora. zoom optyczny (realizowany przez obiektyw) umożliwia niewielkie (zazwyczaj 1.2x -1.4x) powiększenie lub pomniejszenie całego obrazu (np. dopasowanie do wielkości ekranu). Zoom może być sterowany ręcznie lub elektrycznie.

NAJWAŻNIEJSZE PARAMETRY Wyposażenie i funkcje PIP (Picture In Picture) Funkcja nazywana również „obraz w obrazie”, pozwala wyświetlać obraz wideo na sygnale komputerowym (np. prezentacja na komputerze – a w oknie odtwarzany film z DVD) Wyposażenie znane z odbiorników telewizyjnych. tryb ECO (pracy ekonomicznej) Część projektorów wyposażona jest w 2 tryby pracy: standardowy oraz ekonomiczny. Przejście projektora w tryb ekonomiczny powoduje obniżenie jasności (najczęściej o 20%) w stosunku do wartości standardowej, wydłużenie czasu życia lampy, zmniejszenie poziomu szumu projektora oraz zmniejszenie zużycia energii. żywotność lampy Żywotność lampy (inaczej "half-life") określa ilość godzin, po której jasność lampy może spaść do 50% jasności początkowej, charakterystycznej dla projektora nowego. Nie oznacza to jednak, że lampa przestanie świecić po przepracowaniu podanej liczby godzin, nie jest to jednak wartość gwarantowana i zdarza się, że lampa może wymagać wcześniejszej wymiany. Wpływ na żywotność mają warunki otoczenia podczas pracy (temperatura, zakurzenie, wilgotność) oraz intensywność użytkowania. Zalecane jest okresowe czyszczenie projektora (filtrów), aby przedłużyć żywotność lampy.

NAJWAŻNIEJSZE PARAMETRY Wyposażenie i funkcje CZYTNIK KART PAMIĘCI Niektóre projektory multimedialne posiadają możliwość prezentacji bez użycia komputera. Dla prezenterów mobilnych dźwiganie dodatkowego ciężaru, jakim jest notebook, to niewątpliwie utrudnienie. Dlatego też producenci najnowszych projektorów przenośnych pomyśleli o udogodnieniach i zaopatrzyli swoje urządzenia w czytnik kart pamięci, które stosowane są też w notebookach. Karta pamięci o rozmiarach niewiele większych od karty kredytowej ma możliwość zapisywania całej prezentacji i odtworzenia jej bez użycia notebooka. Wystarczy włożyć kartę w czytnik zainstalowany w projektorze i wyświetlać przygotowaną prezentację (sterowanie w pilocie). Za pomocą tego rozwiązania odtwarzać można pliki programu PowerPoint, obrazy w formacie JPEG, pliki filmowe AVI oraz MOV, a także pliki dźwiękowe WAV. Projektor w tym wypadku zastępuje dwa urządzenia i ułatwia pracę nie tylko mobilnym prezenterom

Przyszłość projektorów wizyjnych… Projektory wizyjne są stosunkowo młodymi urządzeniami. Technologie te szybko się rozwijają. Stale zmienia się ich zastosowanie i powiększa grono odbiorców. Specjaliści z tej branży twierdzą jednak że technologia Light Valve jest przyszłością projektorów wizyjnych. Minie jednak kilka lat do momentu kiedy staną się one powszechnie dostępne.