DLP大屏幕系統在城市糞便處理場的應用研究

韓興連

(重慶市自來水公司，重慶400013)

0 引言

DLP大屏幕顯示墻系統在電力、公安指揮中心、交通監控管理、工業生產調度、監測控制等多個領域的控制室中得到了廣泛的應用，其功能是集中顯示來自計算機、視頻和網絡等多種不同信號，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、資源化處理場設計日處理糞便能力為600 t，目前是全國最大的糞便無害化處理場。采用生物處理技術，利用生物活性菌降解糞便中的有機物，從而化糞為水，再經過污水處理和消毒工序，最終使處理后的糞水達到國家規定的一級排放標準，處理后的清水用于植物澆灌，最后產生的殘渣利用污泥堆肥工藝制成肥料，達到生態循環。在糞便處理過程中，要實現無人值守，且對池內生物活性菌狀態以及整個糞便生化處理工藝進行監控。在設計監控系統時，采用了DLP大屏幕顯示墻系統用于集中顯示廠區視頻安防監控、生化反應池內反應狀況、全廠工藝流程實時參數等信息。

1 顯示系統概述

DLP大屏幕顯示墻系統利用先進的DLP投影顯示、圖像處理拼接、計算機網絡及軟件控制等技術，實現各種綜合信息的高清晰度、高亮度、高對比度、大畫面、多功能的集中顯示。系統由顯示效果優異的DLP投影單元拼接而成的投影拼接墻和圖像處理能力極強的內置圖像拼接器以及操作簡捷靈活的控制軟件組成。接入系統的各種RGB信號和視頻信號通過單元內置的嵌入式圖像處理器處理后輸出到投影單元，實現單屏、多屏以及整屏顯示，各種圖像窗口任意實現放大、縮小、漫游、疊加顯示。

黃沙溪糞便處理場DLP大屏幕顯示墻系統由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60寸雙燈高清投影單元組成，在DLP拼接墻上側為雙基色LED顯示屏。

工程中的DLP大屏幕投影顯示墻系統由基于DLP(數字光源處理系統)技術的投影單元(含投影箱體、DLP投影機、專業背投影顯示屏幕、內置圖像處理模塊)、專用系統控制軟件及相關外圍設備(框架、底座、線纜等)組成。

根據現場實際情況，組合屏采用水平放置，底座高度在80 cm左右，控制臺到大屏幕的觀看距離大于4 m。同時，為了方便安裝維護，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結構如圖1所示。

圖1 系統連接圖

2 系統設計特點

2.1 DLP投影機

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

DLP投影機采用全數字化信號處理技術，以DMD芯片作為光閥成像器件，采用數字光處理技術調制計算機和視頻信號，驅動DMD光路系統，通過投影透鏡獲得大屏幕圖像，原理結構如圖2所示。該技術具有圖像顯示色彩鮮艷、畫面清晰、銳利和免維護等特點，核心部件(DMD)壽命超過1×105h。目前單臺DLP投影機的分辨率為1 600×1 200，多臺組合拼接可實現超高分辨率的顯示，整體墻分辨率為各投影顯示單元分辨率的疊加。

圖2 DLP投影機原理

2.2 DLP單元特點及功能

DLP投影采用美國TI公司最新技術的0.95″單片12°偏轉角 LVDS DMD芯片，圖像信號傳輸、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。投影機芯亮度為1200ANSI流明;投影單元圖像對比度為2 000∶1;圖像輸出一致性達到95%;圖像灰度12Bit;顯示畫面穩定無閃爍，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之間調整，可以根據不同的使用場合來調整燈泡的工作功率，提高了使用的靈活性。

工程中的DLP系統采用了先進的模塊化結構，DLP引擎由電源模塊、燈組模塊、光機模塊等幾個相對獨立的模塊構成，使得引擎具有良好的防塵、散熱和抗電磁干擾的特性，進而有效地延長了引擎壽命、極大地簡化了維護和保養的操作。

2.3 顯示調控技術

DLP投影機引擎能夠存儲其各自色輪的色彩特性。對已經調整過的顯示墻系統，可以高效率地進行色輪更換。更換色輪后，裝配了新色輪的顯示單元會立即識別出已改變的特性，并自動調至色彩參數與新色輪匹配，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據傳送到其他單元，并通過相互交換數據來完成色彩的參數匹配和控制調節。

數字亮度補償系統。每個顯示單元具有16×13個矩陣塊的亮度調整電路，可進行局部亮度調整，使單元的亮度均勻一致性達到95%，基本消除太陽效應，從而達到全墻的亮度統一，使多屏拼接顯示出渾然一體的畫面。

色域調整電路。投影機引擎采用數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。該電路具有獨立6色域調整功能，能夠調節紅色-R、綠色-G、藍色-B、青色-C、黃色-Y、紫色-M三種原色和三種混合色的增益值、高亮值和暗場值，從而保證投影單元之間實現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 現場應用需求

3.1 可靠性

由于黃沙溪糞便無害化、資源化處理場在重慶市創建國家環境保護模范城市活動中具有示范基地的作用。DLP系統除了在生產系統正常運行時監控工藝之外，還需要在相關領導視察工作時示范糞便無害化處理工藝的流程。因此，必須確保系統的穩定性及可靠性。工程中，針對可靠性要求，DLP系統采用了備份的設計理念，采用垂直雙燈冷備份設計和雙電源冗余備份設計，確保大屏幕顯示系統能夠在任何場合下都能正常顯示。

通過投影單元功能強大的內置多層畫中畫拼接處理器，可實現直通信號任意方式的放大、縮小、疊加、跨屏、漫游顯示，設計上采用了圖像處理器和投影單元內置多層畫中畫拼接處理器相結合的方法，形成多通道的顯示方式，保證系統在拼接控制器發生故障時能提供視頻信號和RGB信號的直通和以窗口形式拼接顯示，從而提高系統的可靠性，可確保系統7×24 h的不間斷運行。同時投影顯示單元采用了先進的垂直雙燈冷備設計，一只燈泡工作，另一只燈泡用于備份，在工作燈泡出現故障時，備份燈泡立即點亮并同時切換到工作位置，具有真正意義上的備份作用，使得顯示系統具有極高的穩定性和可靠性。

另外，DLP投影單元為封閉箱體，設備組件內置于箱體中，可以有效地排除環境的干擾、影響，保證顯示系統在安全的狀態下工作運行，同時顯示核心采用了免維護的DMD技術，使得在使用過程中無需繁重的維護工作。

3.2 經濟性

為了便于后期的維護，降低維護費用，在本方案中，所選用的設備適合長時間不間斷運行，具有低功耗，易維護的特點，有效降低了系統運行中的維護費用。在兼顧優良性能的基礎上充分考慮經濟性，系統總體造價非常經濟，此外，整體系統運行節省了人力費用、電力費用、耗材費用。

由于投影機采用垂直雙燈冷備設計，工作時只有一只燈泡在點亮工作，雙燈交替使用，在延長了燈泡使用壽命的同時，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。同時投影機具有先進的亮度智能調整和色度智能調整系統，極大地提高了安裝、維護效率和現實效果，同時也降低了前期安裝和后期維護成本。

3.3 系統的擴展性

對于一個具有高端顯示技術的顯示系統，應充分考慮到幾年內的迅猛發展，以及信息化系統越來越顯著的重要性，因此系統設備采用了盡可能多的模塊化設計，為將來的發展提供足夠的空間。現場DLP投影單元、投影機芯均采用先進的全模塊式結構設計，具有良好的可擴充性和維護性，以后需要升級時只需要更換相應的模塊即可。

4 小結

通過對重慶市黃沙溪糞便無害化、資源化處理場DLP大屏幕顯示墻系統的介紹，可以看出:該系統性能優越、可靠，使用靈活、方便。非常適合于糞便及污水處理行業對工藝監控不間斷工作的要求;而且隨著技術的進步，DLP的價格正在趨于下降，適合推廣使用。

［1］宋曉紅.DLP大屏幕在電子會議系統的應用［J］.智能建筑與城市信息，2009(6):31～35

［2］孫玉紅.DLP數字大屏幕投影拼接技術淺析［J］.中國西部科技，2008，7(4):8 ～10

［3］郝占剛，焦曉輝.大屏幕顯示系統及其應用［J］.鐵道通信信號.2005，41(2):41～43