编者按: 最近关于多机智能叠加技术的应用在业界引起了不少讨论，众多的厂家、工程商以及用户也有着不同观点和看法，新技术的发展总是在争论和探讨中逐渐成熟。就此大家关心的问题，欢迎业界同仁来稿进一步探讨。本文观点仅代表作者本人，与本刊立场无关。
在近期的InfoAV China杂志和行业内相关网站广告中，一些新的投影机智能叠加方案吸引了大家的注意，在仔细阅读相关文章，结合笔者一些经验，并和一些行业内的朋友仔细沟通论证后，有了一些粗浅的意见，试就这种投影方式与各位前辈专家进一步讨论，以期得到大家的真知灼见。
首先，对投影机的叠加，在工程实施中大家比较普遍的理解是：用两台型号、参数完全一致的投影机，通过镜头位移或者机身倾斜，投射同一个画面(同一信号)，像素点完全重合，在一些特殊环境下，达到单台投影机达不到的亮度；另外一种用途是作为特别重要场合的双机备份。
这并不是今天才有的创新产品，或者今天才能实现的技术。很多著名品牌(如Barco)在多年前就有相关成熟应用，典型的案例就是在2005年深圳会展中心的一个大型展厅里，投影机从展厅的一端，投射到展厅的另一端，投射的直线距离超过300米，屏幕是美国Da-Lite的10米×7.5米正投软幕，增益为1.5。设计之初，根据现场实地测量环境照度、屏幕尺寸、投射距离、信号源质量等各相关因素，得出结论：此方案中需要的投影机亮度至少约为30,000流明(相关公式和计算方法，笔者另文有述)。而当时，业界亮度最高的投影机是比利时Barco的ELM系列中的R18投影机，3DLP芯片，中心流明为18,000流明。显然，这个亮度不能满足该项目的需求，但方案设计者经过严谨计算，精密求证，最后确定了两台ELM R18双机叠加投射的方案，并最终成功实施。直到现在，该方案仍被视为投影行业高端应用的一个典型案例。
光学的基础理论告诉我们，由于物质发光的特殊性，任何两个独立的光源发出的光相叠加均不会产生干涉现象，也就是说，两台18,000流明的投影机叠加投射而得到的光通量，应该就是36,000流明。但是，我们看到的图像，真的是36,000流明的光通量带来的吗？
光线从投影机发出后，最终是经过屏幕这个介质的反射或者折射，到达人眼，形成人眼看到的图像。在这个过程中，屏幕的增益和视角对最终图像的质量，起到了很大的作用。增益反映了屏幕反射或者折射入射光的能力，在入射光的角度一定，光通量不变的情况下，屏幕某一方向上亮度与理想状态下的亮度之比，叫做该方向上的亮度系数，把其中的最大值称为屏幕的增益。ANSI标准通常把氧化镁的亮度增益值定为1，在一些带菲涅耳透镜的光学幕的光反射焦点，增益高达3.5。一般来讲，增益越高视角越小，视角将影响人眼观看的效果。而屏幕在不同方向上的反射是不同的，离屏幕中心越远，亮度越低，这就是我们通常说的太阳效应。
当多台投影机叠加时，入射光反射光的角度各不一样，所以人眼在固定的某个点上得到的多台投影机的光线强度是不一致的。所以，我们看到的亮度，绝不会是一个简单的相加关系。再描述得简单一些，假设我们正面面对四台发出同样光通量的投影机，我们眼睛的感受肯定是不一样的，一定会认为离我们眼睛近的投影机最亮，而相对离我们远的投影机就比较暗。投影机本身的光通量没有问题，问题在于屏幕对光线反射或者折射的角度不同、人眼在固定位置接收到的光通量也不同，造成了在人眼形成的图象不会是一个简单的叠加。而多台投影机在被同一个观看位置(人眼)接收时，这一点上的真正亮度和理论亮度差异是多少，则由屏幕增益、屏幕视角、投射距离、投射角度甚至是环境光等各复杂因素来决定，根据一些经验，基本上我们可以认为如果两台投影机叠加，实际感受到的光通量是单台的1.4到1.6倍。
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那我们可以得出的结论是：四台5,000流明的投影机叠加，绝不能带给我们20,000流明的感受。除非，这四台投影机的光线通过同一个镜头发出。那为什么不用一台高亮度的投影机呢？
其次，从投影机本身的发光方式来看。
众所周知，以LCD为光学器件的投影机，是采用光线穿过LCD板的穿透式发光来成像的。
这种发光方式不可避免的存在两个问题：一、LCD板本身就有的出厂色差问题；二、LCD板在使用一段时间后出现的老化问题，以及带来的LCD板老化不一致的问题。这两个问题，都已经是老生常谈了，第一个问题带来的最大困难是，在拼接或融合等对色彩一致性要求较高的应用中，LCD因为固有的色差问题不能胜任；第二个问题，老化不一致，会带来长期(甚至是短时间)使用后，图象发生偏色的问题，即便是3片LCD的单台投影机，长期使用后，也会出现画面某部分偏红，某部分偏绿的情况。从理论上推断，两台LCD投影机存在色差，在叠加之后，色差部分互相叠加，那最终得到的画面会是怎样呢？如果在使用一段时间后，每台投影机的老化的程度有不同，那叠加得到的画面又会是怎样一种斑斓的色彩呢？进一步推论，两台LCD投影机之间的颜色差距也许很小，那四台LCD投影机又会如何呢？这就不难理解，业内一些资深的AV设计、工程公司，在需要拼接、融合的项目方案时，都不会采用LCD投影机了。这是为了避免LCD投影机的色彩一致性问题和后期的老化后维护问题。
我们可以得出一个结论，受限于目前LCD投影机的技术水平， LCD投影机本身的成像方式、LCD板的特点都将是LCD投影机发展的瓶颈，对于完成叠加显示、拼接或者融合这样复杂的任务，LCD投影机在技术上还有待改进。
LCD投影机的成像灰度
再次，从投影的一些应用范围来说。
在投影机的叠加方案中，有一种认识，即：由于受投影机镜头位移范围的限制，这种对叠加数量的限制极大制约了亮度的提升。据笔者所知，近日在著名导演张艺谋大作《图兰朵》歌剧中，大量采用了叠加投影机实现舞台效果的应用。每五台或六台美国科视公司的S+20K投影机组成了一个个的阵列，叠加的光线穿过将近150米的夜空，在鸟巢的舞台上，勾勒出单幅将近20米×15米(单机)的背景画面。
从投影的基础投射方式来说，我们的常识是，大部份投影机在工作时，镜头的垂直位置与屏幕的中心点在同一垂直线，否则不能投射正常的画面(比如：梯形)，或者需要通过梯形校正功能，以牺牲画面清晰度来保证画面形状的正常显示。这一点适用于大部分投影机，特别是液晶投影机。
而一些高端品牌投影机，如Barco等，具备马达驱动的不失真镜头位移功能，在一定范围内，不需要非常精确定位投影机的物理位置。允许投影机与屏幕中心的水平、垂直位置具备很大的偏离范围，即俗称的在轴和离轴投影方式。请注意这种电动垂直位移与一般的图像位移有着本质的区别：一般图像位移功能没有改变投影光栅的位置，而且需要借助投影机的梯型校正功能，很大程度上牺牲了投影机的亮度输出(这又从另一个方面说明了四台投影机的叠加，绝不会是亮度乘以四这样一个简单关系)。
而Barco的电动镜头上、下、左、右位移功能，是用马达驱动的光栅平移，可以精确到每一个像素点，这也为多机叠加提供了最基本的光学调整技术保证。
在实际应用中，并不是所有厂家的投影机都可以实现类似的不失真镜头位移的功能的。根据经验，那些不具备“不失真镜头位移”、只具备“梯形校正”的普通投影机，为了N台投影机实现叠加，N台投影机中肯定有N－1台应用了梯形校正，去适应被视为基准画面的那一台投影机。其他各台梯形校正的幅度，视离这台基准投影机的距离和光线角度而定。梯形校正本身就会造成原始像素的大量损失，加上每一台梯形校正的幅度又不一样，那针对叠加画面最基本的一条：像素重合，又如何保证呢？特别在面对一些高分辨率的画面时——毕竟随着计算机显卡的飞速发展，我们不能指望我们面对的画面永远是1024×768。
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这说明，以Barco和科视为代表的世界顶尖投影机厂商，只有在解决了投影机镜头不失真位移的问题后(Barco投影机根据机型的不同，垂直方向一般从－20%到+110%不等，水平方向一般从－15%到+100%不等)，镜头位移才不会成为制约投影机多台叠加大型阵列方案的瓶颈。但为何这些行业顶尖厂商没有大范围地推广和应用这样的叠加技术呢？
让我们试想一下，在一个背投的应用环境中，由于用户对空间的限制比较严格，需要使用反射系统。多台叠加的投影机，使用反射镜，显然，这是个基本上无法解决的问题。
还是在这个背投的环境里，由于用户追求画面的质量，使用了带有菲涅耳透镜的光学背投屏幕，那多台叠加的投影机，如何去找到和对齐光学屏幕的光焦中心？并保证每台机器都成功对焦？
换一个正投的场景吧，在一个大型的活动中，由于投影机进行了叠加，那么在由一个信号切换到另一个信号时，会产生像素短暂偏离的现象。最直接的表现就是：切换信号时几台机器之间的图像偏离是不同步的，图像也是在无序的杂乱抖动的，因此得到真实的画面，系统需要调整时间，这与目前流行的信号切换时的无缝平滑过渡是相背的。如何解决这个问题呢，选择加入一台前端信号频率锁定设备吧！(例如Extron DVS304)——费用谁出？
还是在这个环境中，多台投影机进行了叠加，那么输入信号的分配问题又提了出来，提高预算多配几台分配器？还是忍受画面的不同步？或者有其他可行的解决方案吗？
投影机的光源，来自于灯泡。灯泡发出的光，决定了投影机的亮度、色彩等等构成图象的重要因素。多台投影机即便是同时开启，谁可以保证它们的老化过程和半衰曲线完全一致？引申开去，导光管以及其他元器件的老化不一致怎么解决？如果灯泡衰减不一致，在需要更换灯泡的时候，我们只更换单个灯泡，那其他灯泡和这个新灯泡的亮度不一致，怎么办？如果我们不分青红皂白全部换了，那费用是否又太高？(针对这方面的问题，Barco有一个恒定光输出的技术，可以保持多台机器之间输出亮度的恒定。)
从上面的这些环境，我们可以知道，多台投影机的叠加方案，对投影机本身的镜头功能要求、投射光路要求、对信号的同步传输、投影机的响应速度及同步，甚至引申到整个系统的稳定性，都提出极高要求。“系统中环节越多，出现问题几率越大”，这是整个行业乃至整个工程界都达成的共识。多台投影机，带来的不仅仅是更高的亮度，还有：更多的线缆、更多的接头、更多的信号处理器、更多影响真实成像的因素、更多的电源、更多的控制难关??如果不是必须，为什么要这样做？
众所周知，投影机的技术发展到今天， DLP 技术以其种种优势成为主流，而灯泡技术的不停改进、电源设计的更加成熟，大幅度提升功率和亮度相对来说更容易了，不再是投影机单机发展的主要技术趋势。对画面参数(分辨率、对比度、亮度均匀性、色温等)更高的要求，机器本身更多的附加值(内置图象处理器实现画中画、信号源之间的无缝切换、更全面的信号接入、网络化等)，更全面的应用范围(从会议室、监控室到展览展示、舞台演艺、广电演播室等，从普通单机到单台虚拟仿真等)，才是目前业界一流投影机厂商追求的目标。
而通过设备之间的叠加、组合，去追求新颖别致的解决方案，也是我们作为设计者或者从业者必须去努力的方向。但是这个前提是，把设备的优点最大化，充分挖掘所有可以应用的技术因素，还必须有切实的用户应用需求和经得起推敲的成熟稳定的技术理论来支撑，做好面对缺陷并尽力解决的积极态度。
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上海金桥 华南区总经理 李世贤
广州方欣科技 技术总监 江济舟 [Page]
比利时Barco公司 产品经理 薛峰
参考资料：
《普通物理学教程.光学》(高等教育出版社 1999年版)
比利时BARCO公司网站www.barco.com.cn
《InfoAV China》杂志