DLP大屏幕系統(tǒng)在城市糞便處理場(chǎng)的應(yīng)用研究

韓興連

(重慶市自來水公司，重慶400013)

0 引言

DLP大屏幕顯示墻系統(tǒng)在電力、公安指揮中心、交通監(jiān)控管理、工業(yè)生產(chǎn)調(diào)度、監(jiān)測(cè)控制等多個(gè)領(lǐng)域的控制室中得到了廣泛的應(yīng)用，其功能是集中顯示來自計(jì)算機(jī)、視頻和網(wǎng)絡(luò)等多種不同信號(hào)，以滿足用戶大面積顯示綜合信息的觀看需求。重慶市黃沙溪糞便無害化、資源化處理場(chǎng)設(shè)計(jì)日處理糞便能力為600 t，目前是全國最大的糞便無害化處理場(chǎng)。采用生物處理技術(shù)，利用生物活性菌降解糞便中的有機(jī)物，從而化糞為水，再經(jīng)過污水處理和消毒工序，最終使處理后的糞水達(dá)到國家規(guī)定的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，處理后的清水用于植物澆灌，最后產(chǎn)生的殘?jiān)梦勰喽逊使に囍瞥煞柿希_(dá)到生態(tài)循環(huán)。在糞便處理過程中，要實(shí)現(xiàn)無人值守，且對(duì)池內(nèi)生物活性菌狀態(tài)以及整個(gè)糞便生化處理工藝進(jìn)行監(jiān)控。在設(shè)計(jì)監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，采用了DLP大屏幕顯示墻系統(tǒng)用于集中顯示廠區(qū)視頻安防監(jiān)控、生化反應(yīng)池內(nèi)反應(yīng)狀況、全廠工藝流程實(shí)時(shí)參數(shù)等信息。

1 顯示系統(tǒng)概述

DLP大屏幕顯示墻系統(tǒng)利用先進(jìn)的DLP投影顯示、圖像處理拼接、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及軟件控制等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)各種綜合信息的高清晰度、高亮度、高對(duì)比度、大畫面、多功能的集中顯示。系統(tǒng)由顯示效果優(yōu)異的DLP投影單元拼接而成的投影拼接墻和圖像處理能力極強(qiáng)的內(nèi)置圖像拼接器以及操作簡捷靈活的控制軟件組成。接入系統(tǒng)的各種RGB信號(hào)和視頻信號(hào)通過單元內(nèi)置的嵌入式圖像處理器處理后輸出到投影單元，實(shí)現(xiàn)單屏、多屏以及整屏顯示，各種圖像窗口任意實(shí)現(xiàn)放大、縮小、漫游、疊加顯示。

黃沙溪糞便處理場(chǎng)DLP大屏幕顯示墻系統(tǒng)由DLP拼接墻和LED顯示屏組成，其中DLP拼接墻由2行5列共10個(gè)60寸雙燈高清投影單元組成，在DLP拼接墻上側(cè)為雙基色LED顯示屏。

工程中的DLP大屏幕投影顯示墻系統(tǒng)由基于DLP(數(shù)字光源處理系統(tǒng))技術(shù)的投影單元(含投影箱體、DLP投影機(jī)、專業(yè)背投影顯示屏幕、內(nèi)置圖像處理模塊)、專用系統(tǒng)控制軟件及相關(guān)外圍設(shè)備(框架、底座、線纜等)組成。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，組合屏采用水平放置，底座高度在80 cm左右，控制臺(tái)到大屏幕的觀看距離大于4 m。同時(shí)，為了方便安裝維護(hù)，投影單元箱體后面凈空間大于80 cm。DLP大屏幕投影顯示墻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)連接圖

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

2.1 DLP投影機(jī)

在本方案中采用的是中國華錄集團(tuán)的DWL-HDT系列投影單元組成大屏幕投影顯示系統(tǒng)，該投影單元以美國TI(Texas Instrument)公司最新開發(fā)的數(shù)字微反射器件(DMD)構(gòu)成的DLP(Digital Light Processor)投影機(jī)為主體。

DLP投影機(jī)采用全數(shù)字化信號(hào)處理技術(shù)，以DMD芯片作為光閥成像器件，采用數(shù)字光處理技術(shù)調(diào)制計(jì)算機(jī)和視頻信號(hào)，驅(qū)動(dòng)DMD光路系統(tǒng)，通過投影透鏡獲得大屏幕圖像，原理結(jié)構(gòu)如圖2所示。該技術(shù)具有圖像顯示色彩鮮艷、畫面清晰、銳利和免維護(hù)等特點(diǎn)，核心部件(DMD)壽命超過1×105h。目前單臺(tái)DLP投影機(jī)的分辨率為1 600×1 200，多臺(tái)組合拼接可實(shí)現(xiàn)超高分辨率的顯示，整體墻分辨率為各投影顯示單元分辨率的疊加。

圖2 DLP投影機(jī)原理

2.2 DLP單元特點(diǎn)及功能

DLP投影采用美國TI公司最新技術(shù)的0.95″單片12°偏轉(zhuǎn)角 LVDS DMD芯片，圖像信號(hào)傳輸、處理速度更快。圖像顯示比例為4∶3，單屏物理分辨率為1 400×1 050。投影機(jī)芯亮度為1200ANSI流明;投影單元圖像對(duì)比度為2 000∶1;圖像輸出一致性達(dá)到95%;圖像灰度12Bit;顯示畫面穩(wěn)定無閃爍，拼接后整屏亮度均勻性大于95%，整屏色彩一致性大于95%;光源數(shù)量及功率:采用2只Philips 180 W UHP超高壓汞燈，燈泡的功率可在160～180 W之間調(diào)整，可以根據(jù)不同的使用場(chǎng)合來調(diào)整燈泡的工作功率，提高了使用的靈活性。

工程中的DLP系統(tǒng)采用了先進(jìn)的模塊化結(jié)構(gòu)，DLP引擎由電源模塊、燈組模塊、光機(jī)模塊等幾個(gè)相對(duì)獨(dú)立的模塊構(gòu)成，使得引擎具有良好的防塵、散熱和抗電磁干擾的特性，進(jìn)而有效地延長了引擎壽命、極大地簡化了維護(hù)和保養(yǎng)的操作。

2.3 顯示調(diào)控技術(shù)

DLP投影機(jī)引擎能夠存儲(chǔ)其各自色輪的色彩特性。對(duì)已經(jīng)調(diào)整過的顯示墻系統(tǒng)，可以高效率地進(jìn)行色輪更換。更換色輪后，裝配了新色輪的顯示單元會(huì)立即識(shí)別出已改變的特性，并自動(dòng)調(diào)至色彩參數(shù)與新色輪匹配，保證色彩輸出和以前一致。燈泡都帶有一張存儲(chǔ)自身色彩特性的SD卡。在更換新燈泡后，引擎能將新燈泡的數(shù)據(jù)傳送到其他單元，并通過相互交換數(shù)據(jù)來完成色彩的參數(shù)匹配和控制調(diào)節(jié)。

數(shù)字亮度補(bǔ)償系統(tǒng)。每個(gè)顯示單元具有16×13個(gè)矩陣塊的亮度調(diào)整電路，可進(jìn)行局部亮度調(diào)整，使單元的亮度均勻一致性達(dá)到95%，基本消除太陽效應(yīng)，從而達(dá)到全墻的亮度統(tǒng)一，使多屏拼接顯示出渾然一體的畫面。

色域調(diào)整電路。投影機(jī)引擎采用數(shù)字彩色平衡和混合電路，可以有效保證亮度、色彩的高度一致性。該電路具有獨(dú)立6色域調(diào)整功能，能夠調(diào)節(jié)紅色-R、綠色-G、藍(lán)色-B、青色-C、黃色-Y、紫色-M三種原色和三種混合色的增益值、高亮值和暗場(chǎng)值，從而保證投影單元之間實(shí)現(xiàn)最高水平的色域重合度，保證投影墻具有最均衡的的色彩和亮度一致性。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用需求

3.1 可靠性

由于黃沙溪糞便無害化、資源化處理場(chǎng)在重慶市創(chuàng)建國家環(huán)境保護(hù)模范城市活動(dòng)中具有示范基地的作用。DLP系統(tǒng)除了在生產(chǎn)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)監(jiān)控工藝之外，還需要在相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)視察工作時(shí)示范糞便無害化處理工藝的流程。因此，必須確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性及可靠性。工程中，針對(duì)可靠性要求，DLP系統(tǒng)采用了備份的設(shè)計(jì)理念，采用垂直雙燈冷備份設(shè)計(jì)和雙電源冗余備份設(shè)計(jì)，確保大屏幕顯示系統(tǒng)能夠在任何場(chǎng)合下都能正常顯示。

通過投影單元功能強(qiáng)大的內(nèi)置多層畫中畫拼接處理器，可實(shí)現(xiàn)直通信號(hào)任意方式的放大、縮小、疊加、跨屏、漫游顯示，設(shè)計(jì)上采用了圖像處理器和投影單元內(nèi)置多層畫中畫拼接處理器相結(jié)合的方法，形成多通道的顯示方式，保證系統(tǒng)在拼接控制器發(fā)生故障時(shí)能提供視頻信號(hào)和RGB信號(hào)的直通和以窗口形式拼接顯示，從而提高系統(tǒng)的可靠性，可確保系統(tǒng)7×24 h的不間斷運(yùn)行。同時(shí)投影顯示單元采用了先進(jìn)的垂直雙燈冷備設(shè)計(jì)，一只燈泡工作，另一只燈泡用于備份，在工作燈泡出現(xiàn)故障時(shí)，備份燈泡立即點(diǎn)亮并同時(shí)切換到工作位置，具有真正意義上的備份作用，使得顯示系統(tǒng)具有極高的穩(wěn)定性和可靠性。

另外，DLP投影單元為封閉箱體，設(shè)備組件內(nèi)置于箱體中，可以有效地排除環(huán)境的干擾、影響，保證顯示系統(tǒng)在安全的狀態(tài)下工作運(yùn)行，同時(shí)顯示核心采用了免維護(hù)的DMD技術(shù)，使得在使用過程中無需繁重的維護(hù)工作。

3.2 經(jīng)濟(jì)性

為了便于后期的維護(hù)，降低維護(hù)費(fèi)用，在本方案中，所選用的設(shè)備適合長時(shí)間不間斷運(yùn)行，具有低功耗，易維護(hù)的特點(diǎn)，有效降低了系統(tǒng)運(yùn)行中的維護(hù)費(fèi)用。在兼顧優(yōu)良性能的基礎(chǔ)上充分考慮經(jīng)濟(jì)性，系統(tǒng)總體造價(jià)非常經(jīng)濟(jì)，此外，整體系統(tǒng)運(yùn)行節(jié)省了人力費(fèi)用、電力費(fèi)用、耗材費(fèi)用。

由于投影機(jī)采用垂直雙燈冷備設(shè)計(jì)，工作時(shí)只有一只燈泡在點(diǎn)亮工作，雙燈交替使用，在延長了燈泡使用壽命的同時(shí)，也大大降低了燈泡使用成本，光源采用的是Philips UHP冷光源燈泡，光源利用率高，輸出亮度高，單只燈泡壽命大于6 000 h。同時(shí)投影機(jī)具有先進(jìn)的亮度智能調(diào)整和色度智能調(diào)整系統(tǒng)，極大地提高了安裝、維護(hù)效率和現(xiàn)實(shí)效果，同時(shí)也降低了前期安裝和后期維護(hù)成本。

3.3 系統(tǒng)的擴(kuò)展性

對(duì)于一個(gè)具有高端顯示技術(shù)的顯示系統(tǒng)，應(yīng)充分考慮到幾年內(nèi)的迅猛發(fā)展，以及信息化系統(tǒng)越來越顯著的重要性，因此系統(tǒng)設(shè)備采用了盡可能多的模塊化設(shè)計(jì)，為將來的發(fā)展提供足夠的空間。現(xiàn)場(chǎng)DLP投影單元、投影機(jī)芯均采用先進(jìn)的全模塊式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具有良好的可擴(kuò)充性和維護(hù)性，以后需要升級(jí)時(shí)只需要更換相應(yīng)的模塊即可。

4 小結(jié)

通過對(duì)重慶市黃沙溪糞便無害化、資源化處理場(chǎng)DLP大屏幕顯示墻系統(tǒng)的介紹，可以看出:該系統(tǒng)性能優(yōu)越、可靠，使用靈活、方便。非常適合于糞便及污水處理行業(yè)對(duì)工藝監(jiān)控不間斷工作的要求;而且隨著技術(shù)的進(jìn)步，DLP的價(jià)格正在趨于下降，適合推廣使用。

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