光學技術在數字電影放映系統中的應用探析

張瑞瑞 王秀珍

（鄭州科技學院基礎部 河南·鄭州 450064）

數字技術的迅猛發展，標志著數字信息時代的來臨，傳統老舊的膠片電影放映模式已被更新替代，且數字電影放映系統受到廣泛應用。為進一步革新數字電影技術，需要對光學原理作深入研究，使光學技術為數字電影放映服務。如今，光學技術、納米技術和電子顯微技術等技術的應用，優化了數字電影放映系統，給用戶帶來前所未有的視覺體驗，且滿足其高質量精神需求。數字電影放映系統與傳統電影放映系統相比，色彩更加鮮明飽滿，放映效果更加立體直觀，且具有成本低、發型快捷方便等優勢和價值。

1 光學技術與數字電影放映系統概述

1.1 光學技術

光隨處可見、無處不在，就是在光的作用下，我們才能具有不同的視覺效果。光學有著較強的特殊性，在研究上具有一定難度系數。就目前對光學的研究現狀來看，除了要了解光的來源、產生及與其他普通物質的作用原理，還要致力于開發和應用新型光學技術。隨著科學技術的不斷發展，光學技術在各行業領域內受到普遍應用，如醫療事業、國防事業等。

1.2 數字電影放映系統

1.2.1 分色基本原理

氙氣燈應用在分色裝置下，發出紅、綠、藍三種色彩，經反射作用下，折射到三個靶面上，運用數字信號，對光源信息進行解碼，此時每個靶面將收集到光傳輸到鏡頭上，生成不同色彩信息，反映到屏幕上，產生全彩色的立體畫面。

1.2.2 數字電影放映系統

數字電影機作為影視放映的重要部件，依照反映環境、功能及結構構造的不同，具有大型、中小型和迷你型數字電影機，大型數字電影機體積和尺寸較大，成本費用也較高，主要應用在大型場所，如電影院、戶外場所等；企業會議、傳媒公司多選用中小型數字電影機，其亮度和尺寸中規中矩；而家庭及個人主要使用迷你型數字電影機，滿足若干人觀影需求。采用數字電影反映系統，其制作精良、畫面精湛，播放質量和效果較佳。

由于放映系統是數字電影放映系統的主要原件，所以質量的好壞直接影響到電影畫面播放效果，也就是說，若數字電影制作工藝精良，并運用高質高效的播放系統，會給觀影用戶耳目一新的感覺，提供一場視覺體驗。以往電影播放系統多采用傳統膠片。

2 光學技術在數字電影放映系統中的應用分析

2.1 光學技術在數字電影色彩調配中的作用

使用光學技術對銀幕進行投影時，黑白圖像到色彩圖像的呈現，依托于過濾光波，過濾光波中的彩色輪呈扇形結構，具有紅綠藍三種光片，通過調節光片的旋轉頻率，每1秒可刷出高達180～200個彩色色場，專業人員明確彩色模式放映的先后順序外，彩色輪經照射作用下，三色光依次投射于DMD（數字微反射鏡）平面，結合具體的數字電影放映情況，像素經相互融合，先是轉換為圖片，按照視覺暫留效應，多種信息按照不同頻率滾動播放，生成流動畫面，給人以不同的感觀效果。

2.2 光學技術于數字電影投影成像中的應用

在投影技術的應用上，采用液晶顯示、數字化光處理等方式，尤其是數字化光處理技術，主要依托于數字顯微原件。光學儀器使用時，有著較為嚴格、高精密的光學參數，如焦距、孔徑、尺寸等，數字電影更是如此，如投射靶面、聚光片厚度及直徑等，都需要明確具體的光學參數，值得注意的是，如果呈現出的圖像在5000流明以上，需要分析氙燈的使用情況。

2.3 明確鏡頭焦距

當前我國主要使用 BARCO公司制造生產的 DO100機型，該機型能達到2K像素，由于影院的放映位置、放映距離都是固定化的，為了使用戶獲得較好的觀影的體驗，可采用固定距離的方法，也就是選取不同覆蓋規格的焦距鏡頭，通常焦距鏡頭包括35mm-41mm、40-52/67mm等規格，雖然種類多樣，但鏡頭采購往往需要花費大量成本，對此可以改變變焦鏡頭，既能滿足用戶視覺體驗，又節省運營成本。

2.4 明確光學鏡頭后工作距離

為了保障數字電影投影成效效果，應明確光學鏡頭后的工作距離，對此有兩種檢驗方法，一種是直接測量放映機中的光學構造，但考慮到光學儀器十分精密，往往會存放在密閉的空間內，為實地測量增加了難度；另一種是收集大量數據，如靶面數據、聚光片數據和分光作用數據等，結合光的逆向原理，核算出工作距離，該方法簡單易操作，具有可行性。

2.5 明確鏡頭結構

很多專業人員都十分清楚，光學鏡頭后工作距離與焦距應保持0.5～07的比例，所以鏡頭設計較為簡單，但不容忽視的是，一旦鏡頭焦距超過40mm及以上，光學鏡頭后工作距離也會相應上升，此時為保持兩者之間的比例，應選用遠心的鏡頭結構。遠心的鏡頭結構由于孔徑尺寸非常小，生產設計上具有一定難度，再加上該鏡頭需要在高溫條件下運行，也就是工作條件為6000流明及以上，所以可采用全權分離的方法優化遠心光路，以此保障視覺效果。

2.6 相差的影響

采用光學原理對電影機進行投影成像時，畫面質量也會受到波及，這是數字電影放映系統運行中一種十分常見的現象；光學系統中經常會出現數十種像差，產生這種問題的因素較多，如光源、光色分離等，其中鏡頭相差尤為關鍵，直接降低畫面質量。為增強畫面效果，應將減小相差影響作為重點，需認真分析光源、靶面投射、投影鏡頭等因素，及時加以調整和優化，使誤差控制在合理范圍內，確保人們正常的觀影效果。

3 數字電影成像的光學機理

3.1 DMD靶面成像原理

DLP（數字光處理）技術關鍵是DMD靶面，其中DMD系統中包含不計其數的正方形鋁合金鏡片，這些鏡片體積十分精細，同時里面還有電場控制的CMOS（互補金屬氧化物半導體）集成電路，形成小動量電場轉向機構和微鏡陣列。在對大量豐富的數字信號進行解碼后，快速傳送到DMD每個模塊內，此時CMOS會結合數字信號來調控電場，小動量電場朝著微鏡旋轉，微鏡上的白光在不同路徑下發揮反射作用，將波光投射到大屏幕上，微鏡越小，像素越多，分辨率越高，反之，微鏡越大，像素越少，分辨率越低。不同光線折射到靶面上，生成不同的色彩，這是RBG色彩的合成原理，根據此原理能將單色圖像直接轉化為彩色圖像。如今數字影響設備主要包括低端設備和高端設備兩大類型，低端設備主要運用單靶面結構，而高端設備則使用三靶面結構。

3.2 單靶面結構彩色圖像生成機理

單靶面結構彩色圖像的生成，主要依據人的“視覺暫留”效應原理，并與RBG圖像相組合，經在靶面傳輸光路上增加色彩輪，控制轉速為60HZ，比如應用視頻信號，將RBG數據分解出來呈現紫色，該顏色是有紅光和藍光相互合成，此時色彩輪同步旋轉，當旋轉到兩光范圍內，微鏡處在打開狀態；若旋轉到綠光時，微鏡會自動關閉，而紫色顏色的深淺度，需要了解紅光和藍光開關的頻率，同時借助于投影儀，將紅光、綠光和藍光柑橘信號的不同頻率依次投影到屏幕上，產生方形像素的圖像。此外，因為色彩變化豐富多樣，在人們眼球內會存在短暫的停留，進而形成一個較為完整的彩色圖像。

3.3 三靶面結構彩色圖像生成機理

與單靶面結構彩色圖像生成機理一樣，三靶面結構也借助反射成像的原理，但值得注意的是，三靶面結構比單靶面結構更為復雜，其照射靶面的分光機構主要應用分色棱鏡，參考分色原理（如圖1所示），當一束光線經反射作用下，傳輸到第一個棱鏡上（A），藍色光束于（F1）反射，藍光作為高頻光，具有波長短的特點，此時波長低頻光能夠自由通過。藍光從棱鏡（A）射出后，其他光線會傳輸到棱鏡（B），由于棱鏡（B）連接著第二個途層（F2），經此處分裂后，將紅光加以反射，波長短的光束能夠自由穿透，紅光在兩個棱鏡（A和B）之間的縫隙處進行全反射，剩余綠光被傳送到棱鏡（C），這就是將一束白光先后分離出紅光、藍光和綠光的整個過程，由于這種三原色最終的成像亮度不同，且經過調節光色波長，提升光的有效利用率。分解后的單色光分別射入A、B、C三個靶面，在靶面表現反射作用下，重新射入棱鏡中，生成具有耦合光的彩色圖像，并依托鏡頭載體，將光投射在屏幕上。因此，具有相同功率的氙氣燈發射出的白光，在三個靶面反射率一致的前提下，三靶面結構對光的有效利用率較高，與單靶面結構相比，高出三倍作用。如今大型電影院內選用的數字電影放映設備，多為三靶面結構。

圖1：分色基本原理效果圖

4 結束語

數字技術在各行業和領域內受到廣泛應用，其中以數字電影為代表，取得了較好的應用效果，替代了傳統膠片電影，提高了儲存質量、視覺效果。數字電影放映系統運行中，需依托于光學技術，為進一步增強色彩清晰度，使畫面更具立體化效果，應致力于在光學領域的研究，同時還要借助于光學原理控制成本支出，并優化播放系統，促進電影行業的長期發展。