Портативные мультимедиапроекторы: LCD против DLP

Сергей Асмаков, Олег Татарников

Устройство LCD-проектора на базе трех ЖК-панелей

Устройство DLP-проектора на базе одной DMD-матрицы

 

Сегодня портативные мультимедиапроекторы являются самыми недорогими устройствами, позволяющими проецировать изображения на экране относительно большого размера. Проектор, умещающийся в обычной сумке, без проблем позволяет демонстрировать видео и статичные изображения на экране с диагональю 3-4 м (и даже больше). При этом цена такого проектора составляет примерно 1500 долл., что совсем немного, если сравнивать эту сумму с ценами на плазменные и ЖК-панели с большим размером экрана.

Наибольшее распространение в сегменте портативных мультимедиапроекторов получили две технологии: DLP (Digital Light Processing) и LCD (Liquid-Crystal Display). Имеет ли одна из этих технологий однозначное преимущество над другой или достоинства и недостатки каждой из них в целом уравновешивают друг друга? Найти ответ на этот вопрос мы постараемся в ходе дискуссии.

Да чего тут обсуждать!

Пора бы давно уже отказаться от LCD-технологии и перейти к DLP. Посмотрите на LCD-проекторы: в них используется огромное количество зеркал, линз и прочих элементов (см. врезки). И все это еще надо охлаждать! Сделать такую конструкцию компактной просто невозможно. То ли дело DLP: здесь не нужны ни поглощающие значительную часть световой энергии поляризаторы, ни дихроические зеркала, ни призмы. Да и вообще DLP-проекторы имеют важное принципиальное преимущество: элементы DMD-матрицы отражают падающий на них свет, в то время как ЖК-панели в LCD-проекторах работают на просвет, а при этом неизбежно поглощается часть световой энергии. Таким образом, в DLP-проекторах световая энергия используется куда эффективнее, что позволяет получать более яркое изображение на экране при той же мощности лампы.

Простота устройства позволяет сделать проектор более компактным, легким, удобным и, что также немаловажно, — недорогим.

 

 

Это верно, но лишь отчасти. Давайте не будем торопиться и рассмотрим каждый из аспектов обстоятельно и взвешенно. Если придерживаться системного подхода, то надо сравнивать не только значения технических характеристик и эффективность тех или иных компонентов, но и качество изображения.

Начнем с обсуждения тезиса о более высокой эффективности DLP-проекторов при той же мощности источника света. Хотя на первый взгляд все факторы говорят в пользу DLP, при более внимательном изучении данной проблемы можно прийти к весьма неожиданным выводам.

Прежде всего оговоримся, что будем сравнивать DLP-проекторы на базе одной DMD-матрицы с LCD-проекторами, основанными на трех ЖК-панелях. Именно такие модели находятся в одной ценовой категории и имеют сопоставимые технические характеристики. Рассматривать DLP-проекторы на базе трех DMD-матриц в данном контексте было бы некорректно в связи с гораздо более высокой стоимостью таких систем.

 

 

Да, с этим нельзя не согласиться: к сожалению, системы на основе трех DMD-матриц пока слишком дороги.

 

 

 

 

 

Итак, в LCD-проекторах с одной DMD-матрицей изображение формируется последовательным сложением трех (красного, зеленого и голубого) либо четырех (красного, зеленого, голубого и белого) цветовых слоев. Если рассматривать самые распространенные системы с четырехцветным диском, то они действительно позволяют получить более высокое значение яркости по сравнению с проекторами аналогичного класса на базе LCD. Однако это преимущество проявится в одном-единственном случае — когда мы будем проецировать объекты (текст, графики, диаграммы и пр.) на фоне чисто-белого цвета. Если же сравнивать эффективность проектора для иных цветов и оттенков, например красного или зеленого, то результаты будут явно не в пользу DLP. И при демонстрации видео, где чисто-белого цвета вообще нет, это хорошо заметно даже невооруженным глазом.

     

Устройство LCD-проектора на базе трех ЖК-панелей

В LCD-проекторах, построенных на базе трех ЖК-панелей, свет, излучаемый лампой, при помощи двух дихроических зеркал разделяется на три спектральные составляющие: красную, зеленую и синюю (RGB). Каждая составляющая проходит через соответствующую ЖК-панель, которая формирует изображение данного цветового слоя. При помощи призматического оптического элемента изображения трех цветовых слоев накладываются друг на друга, а полученная полноцветная картинка проецируется через объектив.

 

Устройство LCD-проектора на базе трех ЖК-панелей

 

 

 

Но не будете же вы отрицать вполне очевидный факт: у DLP-проекторов апертура пикселов1 больше по сравнению с LCD-устройствами. Поэтому у LCD-проекторов изображение выглядит так, как будто мы рассматриваем его через частую решетку (этот эффект еще называется Screendoor Effect). При этом из-за наличия заметных «межпиксельных» промежутков на LCD-матрице видимое изображение (особенно по мере увеличения размера экрана) как бы распадается на отдельные элементы, вызывая явно выраженную пикселизацию картинки. У DLP-проекторов такого «эффекта решетки» не наблюдается.

 


1 Апертура пиксела — отношение величины эффективной площади пиксела к величине его полной площади. Обычно измеряется в относительных единицах (в интервале от 0 до 1; например 0,52) либо в процентах.

 

 

Да, с этим нельзя не согласиться. Тем не менее, признавая это, необходимо отметить, что LCD-технология не стоит на месте. В частности, на данный момент апертура пикселов в 0,7-дюймовых ЖК-панелях с разрешением XGA составляет около 53%, однако уже в ближайшее время появятся панели следующего поколения, у которых данный показатель будет увеличен до 60%.

Кроме того, разговор об этом недостатке LCD-технологии идет с тех пор, когда физическое разрешение LCD-матриц (число пикселов) было низким и этот эффект проявлялся особенно сильно. А ведь со временем их разрешение значительно увеличилось, видимая пикселизация и эффект «решетки» стали менее заметными, причем, что не менее важно, эти улучшения не привели к росту цен на LCD-проекторы. Следует отметить, что при одинаковом разрешении LCD-проектор обычно дает более четкую картинку, чем его DLP-собрат. Разница наиболее заметна при демонстрации таких материалов, как, например, электронные таблицы с множеством мелких букв и цифр.

Помимо этого существует и еще один фактор, о котором нельзя не упомянуть: у современных LCD-проекторов площадь пикселов освещается более равномерно, в то время как в случае использования DLP-проекторов в центре каждого пиксела наблюдается темное пятно (рис. 1). Данный недостаток обусловлен конструктивными особенностями DMD-матрицы (в центре микрозеркала имеется отверстие для крепления рычага).

 

Рис. 1. Фотография микрозеркал DMD-матрицы, сделанная при помощи мощного микроскопа:

Рис. 1. Фотография микрозеркал DMD-матрицы, сделанная при помощи мощного микроскопа:
в центре каждого микрозеркала хорошо видно прямоугольное отверстие
для крепления рычага

 

 

Конечно, такое пятно в центре пикселов является определенным недостатком DLP-технологии, однако его размер составляет чуть больше 2% от полной площади пиксела, поэтому вряд ли стоит акцентировать внимание пользователей на этом дефекте. Большинство людей, не знающих об этом, просто не заметят такого изъяна. Если смотреть на экран, где проецируется Excel-таблица с какого-нибудь DLP-проектора, она кажется вполне четкой. Разница станет заметна только в том случае, если специально сравнивать два изображения одной и той же таблицы, выведенные с DLP- и LCD-проекторов на расположенные в непосредственной близости экраны.

В то же время DLP-проекторы позволяют получить более контрастное изображение, нежели LCD, — по той простой причине, что DLP-технология позволяет воспроизвести на экране настоящий черный цвет, а не темно-серый, как в случае LCD. Благодаря этому при использовании DLP-проектора можно различить детали даже в темных областях изображения — там, где даже у хорошего LCD-проектора картинка выглядит невнятным серым пятном.

     

Устройство DLP-проектора на базе одной DMD-матрицы

В DLP-проекторах для формирования изображения используется DMD-матрица — миниатюрный чип, на поверхности которого установлен массив микроскопических зеркал. Управляющие микроприводы позволяют менять положение каждого из микрозеркал, изменяя таким образом направление, в котором будет распространяться отраженный от него свет. Если отраженный микрозеркалом свет попадает в объектив, то соответствующий ему пиксел изображения становится белым (включенным); в противном случае пиксел будет черным (выключенным). Каждое из микрозеркал имеет только два устойчивых состояния («включено» или «выключено»). Для формирования полутонов используется дизеринг — переключение микрозеркала из одного состояния в другое с большой частотой. Таким образом происходит дозирование необходимого количества света: чем дольше микрозеркало будет находиться во «включенном» состоянии, тем более светлый оттенок будет отображен данным пикселом. Используя дизеринг, с помощью DMD-матрицы можно формировать монохромное полутоновое изображение.

 

Устройство DLP-проектора на базе одной DMD-матрицы

Для того чтобы получить цветное изображение, в DLP-проекторах на базе одной DMD-матрицы используется вращающийся с высокой скоростью светофильтр. Круг светофильтра разделен на несколько секторов, каждый из которых пропускает лишь определенную спектральную составляющую — красную, зеленую или синюю. Таким образом, в каждый момент времени DMD-матрица позволяет формировать изображение одного из цветовых слоев. Последовательное чередование изображений цветовых слоев с высокой частотой создает иллюзию полноцветной картинки.

В большинстве современных моделей DLP-проекторов на базе одной DMD-матрицы используется вращающийся светофильтр не с тремя, а с четырьмя секторами. Помимо трех базовых цветов аддитивной модели (RGB) используется дополнительный белый сектор — такое решение позволяет добиться увеличения показателя контрастности для изображений, содержащих детали чисто-белого цвета. Для улучшения качества изображения в ряде моделей DLP-проекторов имеются два различных светофильтра. В этом случае фильтр с четырьмя секторами (красным, зеленым, синим и белым) используется в презентационном режиме, а с шестью секторами (парами красных, зеленых и синих) — в режиме просмотра видео.

 

Хотя DLP-проекторы и позволяют достичь более высокой контрастности изображения, вряд ли это может компенсировать худшую (по сравнению с трехматричными LCD-проекторами) цветопередачу. Для LCD-проекторов на базе трех ЖК-панелей характерны более широкий цветовой охват и более точная передача оттенков исходного изображения (по сравнению с одноматричными DLP-проекторами) — это особенно хорошо заметно на ярких и насыщенных оттенках. Кроме того, из-за использования дизеринга DLP-проекторы хуже воспроизводят плавные тональные переходы — на них проявляется ступенчатость.

 

 

Данный недостаток действительно присущ ряду моделей, однако в более качественных DLP-проекторах применяются различные технические решения, позволяющие сделать ступенчатость менее заметной для зрителей.

К тому же у LCD-технологии тоже есть недочет: при серийном производстве довольно сложно обеспечить высокую точность совмещения изображений от трех ЖК-панелей. А поскольку в современных мультимедиапроекторах используются ЖК-панели с размером рабочей области менее одного дюйма по диагонали, то допуски по отклонению этих элементов от эталонного положения оказываются чрезвычайно малыми.

Из-за погрешностей, вызванных неточностью совмещения цветовых слоев, на проецируемом изображении возникают характерные дефекты — цветные ореолы, отчетливо видные на границах контрастных объектов. Причем по мере удаления от центра изображения подобные ореолы становятся все более заметными.

 

 

По этому вопросу можно и поспорить. Цветные ореолы, которые сторонники DLP-проекторов склонны объяснять недостаточно точным совмещением цветовых слоев, на самом деле зачастую являются следствием хроматических аберраций объектива. Ведь если рассуждать логически, то при плохом совмещении цветовых слоев ореолы должны быть одинаковыми по всей площади изображения. А когда речь идет о более заметном проявлении подобных артефактов на краях изображения, то здесь мы явно имеем дело именно с аберрациями объектива. Таким образом, проблема сводится к характеристикам используемого объектива, а никак не к достоинствам и недостаткам DLP- или LCD-технологии.

А вот эффект расслоения цветов (Color Breakup) бесспорно является одним из основных недостатков DLP-проекторов, построенных на базе одной DMD-матрицы. В каждый момент времени такие системы проецируют изображение лишь одного цветового слоя, из-за чего при быстром повороте головы зрители замечают, как цветное изображение расслаивается на исходные составляющие (появляется так называемый радужный эффект).

Это явление оказывается не таким безобидным, как может показаться на первый взгляд, поскольку во многих случаях вызывает у зрителей ощущение дискомфорта, а иногда даже повышенную утомляемость.

 

 

Это лишь субъективные ощущения. Давно известно, что зрительный аппарат человека позволяет воспринимать лишь порядка 24 кадров в секунду, а частота чередования цветов у DLP-проектора составляет несколько тысяч циклов в секунду.

 

 

 

 

Тем не менее чередование изображений с более высокой частотой способно оказывать влияние на подсознание — вспомните хотя бы эффект «25-го кадра». Более того, данные о негативном влиянии расслоения цветов на зрителей были подтверждены в ходе исследований, проведенных японскими учеными. В своем отчете сотрудники Takashi Kawai Laboratory констатируют, что «…использование проекционных систем с чередованием цветовых каналов может стать фактором, вызывающим утомляемость глаз и ощущение дискомфорта у зрителей»2.

 

 


2 Полный текст отчета на английском языке можно загрузить из Интернета (http://www.tkawai.giti.waseda.ac.jp/e/CBU_SUMMARY_E.pdf).

 

 

Да, насколько мне известно, ученые нашли периферийные участки сетчатки глаза, которые воспринимают достаточно высокие частоты, и на основании этого сделали выводы о повышенной утомляемости и т.д. Однако с ними не согласны другие исследователи, причем не менее авторитетные.

Физиология восприятия глазом света с таким расслоением цветов, как в DLP-проекторах, не может быть объективно оценена, потому что в природе такого света нет, как нет и двух людей, одинаково воспринимающих световые эффекты. Так что в этой области возможны любые субъективные спекуляции.

Точно так же можно утверждать, что в природе нет и поляризованного света, испускаемого LCD-проекторами, а значит, никто не может гарантировать, что такой свет не вреден для здоровья.

А потом те же ученые скажут, что раз мультимедиапроекторы (любой конструкции) сегодня чаще всего смотрят в освещенных помещениях (причем к этому зрителей особенно побуждают производители LCD-проекторов, устроив «гонку ANSI-люменов») и черный цвет на экране на самом деле — ярко-белый (а в этом легко убедиться выключив проектор), то яркость экрана неестественно высока, а это вредно для глаз...

 

 

Ну раз уж мы заговорили об утомляемости и ощущении дискомфорта у зрителей, то нельзя не упомянуть еще одну особенность DLP-проекторов — повышенную, по сравнению с LCD-устройствами, шумность. При прочих равных условиях одноматричные DLP-проекторы обычно шумнее LCD-устройств, поскольку первые, помимо системы вентиляции, имеют еще вращающееся колесо со светофильтром.

И если об измеренном по той или иной методике уровне шума можно спорить (все проекторы оснащены мощной вентиляционной системой, которая при работе создает шум), то специфический спектр частот шума, издаваемого DLP-устройствами (в силу того, что его источником является не только охлаждающий вентилятор, но и двигатель привода вращающегося светофильтра), может оказаться несколько неприятным для слуха. В связи с этим разработчикам подобных устройств неплохо бы позаботиться не только о глазах, но и о нервах зрителей.

 

 

То, что шум от LCD-проекторов менее противный, чем от DLP-устройств, — это опять-таки лишь субъективное мнение. Да, излишний шум при работе может создавать определенный дискомфорт при просмотре. Однако уровень шума в большей степени зависит от конкретной модели проектора, чем от используемой проекционной технологии, и если величина шума укладывается в диапазон 30-40 дБ, то это считается вполне приемлемым. К тому же мультимедиапроекторы — это не устройства для домашнего кинопросмотра, а приборы, предназначенные для работы в больших помещениях, где, как известно, уровень шума быстро падает с расстоянием (рис. 2).

 

Рис. 2. Уровень акустического шума (Acoustic Noise Level), указываемый в технической
спецификации проектора, обычно измеряется при температуре 20 °C на расстоянии 1 м
от прибора во всех направлениях

 

 

Вряд ли с этим утверждением можно согласиться. Зашумленность помещения (не суть важно, рабочего или жилого) — это огромная проблема, которую необходимо принимать во внимание и устранять всеми доступными способами. Можно с уверенностью утверждать, что беседа в комнате с уровнем шума в 40 дБ вряд ли будет комфортной для говорящих из-за необходимости время от времени форсировать голос и переспрашивать своего собеседника. И вряд ли расширение спектрального диапазона будет благотворно влиять на восприятие фонового шума.

 

 

Сейчас многие модели проекторов независимо от конструкции имеют режимы пониженной шумности, что позволяет использовать их как в относительно больших, так и в малых помещениях.

 

 

 

 

Учитывая довольно высокую стоимость мультимедиапроекторов, нельзя не затронуть и такой важный аспект, как надежность. Одним из слабых мест любого проектора является лампа, требующая замены через 2-4 тыс. часов работы. Однако в DLP-проекторах присутствуют и механические системы — это, в частности, вращающийся с большой скоростью светофильтр. В некоторых случаях мотор привода светофильтра выходит из строя даже раньше, чем лампа.

 

 

 

Однако даже если элект- ромотор привода и выйдет из строя, его нетрудно заменить в ближайшем сервисном центре. А вот пожелтевшие ЖК-панели восстановить уже невозможно, и единственным вариантом решения данной проблемы является покупка нового проектора. Между тем эффект пожелтения изображения (в первую очередь теряется синяя составляющая) часто наблюдается у LCD-проекторов, эксплуатируемых на протяжении длительного времени.

 

 

 

Суждение о заметном пожелтении изображения у LCD-проекторов представляется весьма спорным. Возможно, подобная точка зрения связана с опытом эксплуатации ряда устройств, оснащенных низкокачественными ЖК-панелями. Однако распространять это утверждение на все без исключения LCD-проекторы было бы ошибочно. А те исследования, которые послужили поводом для возникновения такого мнения, были, мягко говоря, не совсем корректными. Уже тот факт, что в большинстве своем пользователи никогда не подвергают LCD-проекторы таким жестким нагрузкам, может поставить под сомнение результаты, полученные в ходе подобных испытаний.

 

 

Одно из основных преимуществ DLP-проекторов в сравнении с LCD — компактность! А ведь это качество особенно важно для тех пользователей, деятельность которых связана с необходимостью проведения презентаций в мобильных условиях. Благодаря тому что DLP-система построена всего на одном кристалле (а не на трех LCD-матрицах, как LCD-проектор), DLP-проекторы имеют более компактную конструкцию.

 

 

 

Каждая из этих двух технологий быстро развивалась в течение последних лет, и сейчас различия показателей LCD- и DLP-проекторов уже не столь значимы, как это было прежде. Обе технологии за это время заметно усовершенствовались, а те различия между ними, которые обычно привыкли отмечать, перестали быть существенными. Сейчас на рынке присутствуют и суперкомпактные LCD-проекторы. Если и есть между ними какая-то разница, то она может проявляться только «в среднем». В общем, весь ход событий — это классический пример того, как открытая рыночная конкуренция стимулирует улучшение технологии.

 

 

Авторы выражают благодарность специалистам московского представительства компании EPSON Europe B.V. (http://www.epson.ru/) и московского представительства компании Hewlett-Packard (http://www.hp.ru/) за консультации и предоставленные информационные материалы.

КомпьютерПресс 2'2005

Наш канал на Youtube

1999 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2001 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2002 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2003 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2004 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2005 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2006 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2007 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2008 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2009 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2010 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2011 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2012 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2013 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Популярные статьи
КомпьютерПресс использует