多媒體教室投影機亮度在線自動檢測方法

孫進康

摘 要 提出一種基于圖像亮度采集與計算的多媒體教室投影機亮度在線自動檢測方法，闡述檢測的基本原理和技術實現，并對應用方法進行說明。

關鍵詞 多媒體教室；投影機亮度；在線自動檢測

中圖分類號：G481 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2015）16-0041-02

Abstract Is proposed in this paper a kind of on-line automatic detection of the projector brightness of multimedia classroom based on image acquisition and calculation method， expounds the basic principles of detection and the technical implementation， and the method of the application.

Key words multimedia classroom； projector brightness； on line automatic detection

1 引言

信息化條件下，多媒體教室已成為院校開展多媒體教學和網絡教學的重要場所，對其設備進行維護與管理也已成為日常教學保障的重要工作。投影機作為多媒體教室的主要組成設備，維護的重點是燈泡，當燈泡亮度下降到一定值時，就需清洗投影機或更換燈泡。目前，燈泡亮度一般由人工進行檢測與判斷，但由于院校多媒體教室數量多、分布廣，采用人工進行檢測，對每個教室進行逐個開機檢查，不僅費時費力，效率低，而且精度差。為了滿足大批量教室管理維護的要求，本文利用圖像與控制技術，提出一種在線自動檢測投影機亮度的方法，對主動開展投影機的管理與維護具有重要意義。

2 基本原理

投影機亮度是指投影機輸出的光通量，它是描述單位時間內光源輻射產生視覺響應強弱的能力，其國際標準單位是ANSI流明，通常用Φ表示。工程實踐中，通常用測定照度的方法獲取投影機的亮度。標準測定環境為：在無環境光條件下，投影機與幕布之間距離為2.4米，幕布為60英寸，用測光筆測量幕布“田”字形九個交叉點上的各點照度，乘以面積得到投影畫面的九個點的亮度，然后求出九個點亮度的平均值就是ANSI流明亮度。由于九個點的現場確認非常麻煩，在無專用測試設備的環境中難以推廣應用[1]。

投影機的標稱亮度是其理論設計值，它是選擇投影機的重要參數。實際使用中，由于受到環境光、幕布大小、幕布增益、幕布距離等多種因素的影響，投影機投射到屏幕上的亮度會發生改變。教學中，師生更多關注的是投影機投射到屏幕上的亮度，把這一亮度稱為投影機的使用亮度，日常使用維護和管理中所說的投影機亮度就是指它的使用亮度。在教室設備安裝確定后，使用亮度隨著使用時間的增加而逐漸降低。

投影機使用亮度測量可用照度計進行，在教室投影機、幕布安裝確定后，影響使用亮度的因素主要是環境光。實際測量時，為了消除環境光的影響，可以采用一種簡易測量方法[2]，即通過測量照度，再換算為亮度。Φ=E·S，E為照度，S為幕布面積。測量方法：1）打開投影機并預熱5分鐘以上；2）利用Word或PowerPoint在投影幕布上投出純黑白圖像；3）用照度計在圖像中白（實際為亮）的部分測出照度值Ew，在圖像中黑（實際為暗）的部分測出照度值Eb；4）根據投影幕布的尺寸計算其面積S；5）利用關系式Φ=（Ew-Eb）S即可計算投影機的實際使用亮度。這種方法雖能近似測量投影機的使用亮度，但照度計的感光器需由人工在屏幕上定位，對大批量教室就顯得非常麻煩，不僅工作量大，而且效率低。

根據圖像理論，一幅數字圖像是場景在特定光源的照射下，經反射后各點的光亮度進入到傳感器（CCD/CMOS攝像頭）的感受面上，得到面元的響應，輸出電流，再被數模轉換部件所數字化（抽樣+量化），成為一幅離散格式的二維數字圖像。圖像中每個像素點都由紅、藍、綠色點組成，可根據像素點的R、G、B值計算圖像的亮度Y[3]。因此，可采用圖像亮度測量法測量投影機的使用亮度。

基于上述理論和方法，本文提出一種基于圖像亮度采集與計算的在線自動測量方法。原理如下：在投影機上附加一個圖像采集處理器，其由中控進行控制；調整圖像采集處理器的攝像頭對準屏幕中心，當使用人員發出投影機關機指令時，中控首先控制投影機投出白屏，同時控制圖像采集器采集屏幕中心圖像；然后控制投影機投出黑屏，圖像采集器再次采集屏幕中心圖像；最后分別計算兩幅圖像中心同等面積內像素點亮度的平均值，然后相減，就可計算得出投影機的實際使用亮度。這種方法排除了環境光的影響，可在任意現場使用，在每次投影機使用結束關機時自動測量投影機的使用亮度，為投影機的維護管理提供決策依據。

3 技術實現

在現有多媒體教室基礎上，增加圖像采集處理器、控制與管理軟件，就能實現投影機亮度的在線自動測量與顯示。圖像采集處理器由高清攝像頭、采集計算模塊和控制接口等組成，安裝在投影機上方吊架處，由中控對其供電與控制，負責圖像采集與亮度計算。控制軟件固化在中控中，負責對投影機和圖像采集處理器進行控制，同時通過網絡通信協議傳輸數據到管理終端。管理軟件安裝在管理終端上，主要利用數據庫對數據進行存儲與分析。

當中控接收到對投影機關機的指令時，中控先后控制投影機處于白屏和黑屏狀態，同時圖像采集處理器進行白屏和黑屏圖像的捕捉，然后采集圖像像素點的R、G、B值并進行亮度計算，經過算法轉換得到投影機亮度，最后通過網絡傳到管理終端進行存儲分析與顯示。

根據圖像獲取原理，其是通過光傳感器（CCD/CMOS攝像頭）將光能轉變為電流再進行處理后得到的，光電流與光的亮度成線性關系[4]。而照度計是通過硅光電池將光能轉換成電能，光電流和照度也成線性關系[3]。兩種光電傳感器，一種是接收反射光，一種是接收照射光，但其原理基本相同，對同樣面積的受光面，上述兩種方法得到的光的亮度成一定的比例關系。

為了得到單位面積圖像亮度ΔYS與照度ΔE的關系，再采用相關試驗方法進行分析。

對新建的多媒體教室進行跟蹤試驗，每個教室都安裝了圖像采集處理器和相應的中控，通過管理終端采集投影機使用亮度自動測量值ΔYS，同時定期用照度計測量投影機使用亮度手工測量值ΔE。經過一年多的統計記錄，得到大量的數據，經過相關統計分析發現：當投影機使用到一定時間后，其亮度呈直線下降，而在此之前，亮度隨時間緩慢下降；同時在投影機、幕布和環境條件相同的情況下，f2（t）與f1（t）兩條曲線近似成比例關系

把K稱為亮度標定系數，其取決于投影機及燈泡的結構性能、幕布特性、幕布距離、照度計與圖像采集模塊的性能等因素，在上述因素確定的條件下，K值近似為一常數。不同的多媒體教室設備應單獨進行標定計算。

根據K值就可將圖像亮度換算為照度。工程中通過以下方法計算K值：某多媒體教室新投影機和幕布安裝調整好后，對準幕布中心，用照度計分別測量投影機全白和全黑時的照度，計算照度差ΔE，手工錄入管理軟件中，由系統根據圖像采集處理器計算的ΔYS得到標定系數K，則使用到t時刻，投影機的實際使用亮度可用下式近似計算：

ΔE（t）是屏幕中心處的照度，若乘以屏幕面積（平方米）就可近似得到投影機的光通量，即ANSI流明亮度。

4 方法應用

只需在多媒體教室安裝圖像采集處理器和相應的軟件，就可在線自動測量投影機的使用亮度，通過網絡中控將數據存儲在服務器中。日常使用中，每次投影機使用結束關機時，都會自動進行亮度測量與存儲，管理人員可隨時通過網絡終端統計分析投影機亮度變化情況。

工程使用中，通常用屏幕中心處的照度表示投影機的使用亮度，一般不再換算為流明亮度。大量統計數據顯示，當投影機使用亮度達到150 Lux時，基本達到使用極限，此時需對投影機光路元件進行清洗或更換燈泡。

對大批量多媒體教室投影機的管理與維護，采用該方法不僅能及時了解投影機的使用狀況，便于備件配備和開展針對性的維護，而且避免了手工檢測判斷帶來的工作量大、參數判斷不準確等問題，大大提高了管理維護的主動性。

參考文獻

[1]段海濤，王敬，王風展，等.高等學校多媒體教室投影機有效亮度的研究[J].現代教育技術，2012（8）：51-54 .

[2]艾倫，薛鵬，何智.投影機“亮度”簡易測量[J].中國教育技術裝備，2010（17）：45-46.

[3]劉婷婷.基于顏色亮度特征的圖像Hash技術[D].上海：上海大學，2010.

[4]周擁軍，趙寶奇，王鵬.CCD成像型亮度計測量方法研究[J].電光與控制，2010（12）：49-52.