投影机基本知识技术（精选8篇）
在频繁的巡回展示、会议演示、促销活动甚至是普通的教学讲解中，投影机正扮演着一个越来越重要的角色。由于投影机是一种精密电子产品，它集机械、液晶或DMD、电子电路技术于一体，并且其价格较为昂贵。那么在投影机使用过程中应该注意哪些事项，以达到延长投影机使用寿命，节约企业成本的目的，就这个问题，我们特意请教了厦门首家发展维修、保养数码投影机事业的服务中心——厦门华泰视通科技有限公司投影机维修服务中心。在这里，我们非常感谢厦门华泰视通科技有限公司的大力支持，给我们提供了很多投影机维护、保养等方面的相关知识。
投影机的使用与维护基本知识：
1．防尘问题是投影机维护的首要问题
由于投影机液晶板一般都由专门的风扇以每分钟几十升的空气流量对其进行送风冷却，高速气流经过滤尘网时可能夹带微小尘粒，液晶板成像时极易产生静电而吸附微小尘粒，这将对投影画面产生不良影响。
投影机的机壳上一般都有开槽或开口用于通风，空气的入口设有空气过滤器，它在投影机工作时过滤灰尘和污染物。如果不及时清理它，极易堵塞投影机通风口而造成故障。
因此，及时地、定期地为投影机进行专业、有效的除尘，是维护投影机最好的方法。
2．严防强烈的冲撞、挤压和震动
在投影机使用过程中，正确使用是最重要的。强烈的冲撞、挤压和震动会造成投影核心部件的位移，影响放映时的效果。其变焦镜头在冲击下会使轨道损坏，造成镜头卡死，甚至镜头破裂无法使用。
3．防热、防潮是维护投影机的必修课
在投影机的使用过程中，其内部较高的气温容易对机器造成损害。因此，除了应该及时清洗过滤网外，一定要注意保证机体有个良好的散热环境，切忌物体挡住投影机通风口。另外，吊顶安装的投影机，要保证房间上部空间的通风散热。在某些多雨的季节，尤其是在南方地区，很容易导致投影机体内部件发潮、长霉，从而影响投影效果，缩短机器的使用寿命。
4．维护灯泡，延长其使用寿命
投影机灯泡的价格一直居高不下，因此，维护灯泡可以有效延长灯泡寿命，从而降低用户的使用成本。在点亮状态时，灯泡内温度有上千摄氏度，灯丝处于半熔状态，因此，在开机状态下严禁震动、搬移投影机，以防止灯泡炸裂、灯丝断裂。需要特别注意的是：因机器散热状态断电造成的损坏是投影机最常见的返修原因之一，所以，停止使用后不能马上断开电源，要让机器散热完成后自动停机。另外，减少开关机次数有益灯泡寿命的延长。
5、电路部分注意事项
严禁带电插拔电缆，信号源与投影机电源最好同时接地。这是由于当投影机与信号源（如PC机）连接的是不同电源时，两零线之间可能存在较高的电位差。当用户带电插拔信号线或其他电路时，会在插头插座之间发生打火现象，损坏信号输入电路，由此造成严重后果。
投影机使用十注意：
1，机所使用的电源必须是带有可靠接地的三相电源；在插拔电源插头时，要使投影机电源处于关闭状态。
2，关机时，一定要先关机呈等待状态，等风扇停转后再关掉电源开关，这一点对保护投影机特别重要。
3，量减少开关次数，因为开机的冲击电流会影响灯泡的寿命；另外，关机后应等待5分钟以上才能再次开机操作。
4，机在使用数小时后机内温度很高，所以在使用过程中不要随意搬动。
5，图像可任意翻转，但是使用时必须对投影机进行认真调整。首先要选好屏幕的位置，再根据画面大小确定投影机与屏幕的距离，通过调整投影机的高度、水平角度、垂直倾斜度、幕布的高低及幕布与投影机的角度等，来获得不失真的图像。
6，中要注意让投影机有良好的通风散热条件。第一，要保证投影机的通风口畅通，通风口分进风口和出风口，进风口在它的底部，出风口在它的后面，所以不要使其底部和支撑面贴得太近，也不要在通风孔处放置任何东西，以免通风不畅，影响散热。第二，要经常清理空气过滤网。过滤网的网丝很细，很容易损坏，所以拆卸时动作要轻，清洁时切忌用螺丝刀等硬物，最好用吸尘器吸干净网上灰尘杂物，然后重新装好。第三，在天气炎热并且室内通风不好时，可用风扇帮助散热，这样可以保护投影机，延长其使用寿命，并且避免了投影机因过热而自动保护停机，影响正常教学。
7，用过程中，“TEMP”指示灯变红，表示投影机过热；“LAMP”指示灯变红可能是灯泡过热，以上两种情况下都应停机，待风扇停转后，关掉电源，使其冷却，并检查通风散热情况。如果通风散热良好，等投影机充分冷却后（约20分钟），再开机使用。如果重新开机后，“LAMP”指示灯很快又亮，可能是灯泡老化，应进一步检查灯泡。
8，投影机上亮度调节已经调到最大，投影图像仍很暗，或是使用中“LAMP”指示灯变亮，可能是灯泡使用时间过长，需要更换新灯泡。可用遥控器上的“TIMER”键来检查灯泡已使用的时间，检查方法是：在投影机开机情况下，连续按住“TIMER”键两秒钟，在投影机下方会显示出灯泡已经使用的小时数。正常情况下，灯泡可使用2000小时，此后，投影图像将无法满足亮度要求，应考虑更换灯泡。更换灯泡时，首先要按投影机要求型号选择灯泡。其次，因机内有高压，要在拔掉电源情况下进行更换，以免受电击。第三，因投影机在使用时会产生大量的热量，更换灯泡要在关掉电源1小时后进行，以免被灼伤。
9，用过程中，投影机会出现自我保护状态。这时投影机电源无论是开是关，投影机都将处于关机状态，所有键都不起作用。这时投影机并没有坏，而是因自身过热，为避免损坏而产生的一种自我保护状态，过一段时间后（约30分钟）再开机工作，一切将恢复正常。
首先, 如果投影仪的图像源不是计算机的话, 最好先将图像源的设备打开;其次, 如果使用投影仪时想要得到较好的声音效果而且又有独立的音响设备, 这时候应该把音响设备打开;接下来, 可以把投影仪打开了, 投影仪需要预热一段时间才可以使用;对于大多数的情况, 用户是用计算机与投影仪相连的, 在这种情况下最后打开的是计算机。如果是将电源关闭, 可以按照相反的顺序。
2 投影仪与笔记本的连接
在使用投影仪时, 相当一部分的场合是与笔记本电脑连接使用的。但是笔记本电脑的使用与桌面PC略有些不同, 即需要在笔记本的键盘上按键设定来启动投影仪, 让其将笔记本显示器上的图像投射出来。而对于苹果电脑上的Mac系统, 也稍稍有些不同。
3 投影仪的梯形校正功能
梯形校正是指当投影仪的光学镜头的轴线位置不处于水平位置时 (绝大多数用户在使用投影仪时都处于这样的情况) , 会使投影屏幕出现梯形的图像屏幕, 而不是正方形的投影屏幕。此时可以通过投影仪的梯形校正功能来弥补这种缺陷。
4 投影仪的轨道调整
投影仪接收到图像源的信号, 经过主板的解析处理, 会产生打开液晶体的动作。元素颜色的光线有序地通过液晶体后投射出正确的图像。但是有时投影仪没有正常工作, 也就是有的光线没有按照正确的轨道路线出现。这时候, 投影出的图像就出现了一些垂直条纹。这时按“Tracking+/-”按钮进行轨道调整, 强行地改变光线行进的路线, 直到满意为止。
5 投影仪的同步调整
与投影仪的轨道调整类似, 元素颜色的光线需要有序地按照规定的时间通过液晶体, 这样才能投射 (也就是刷新) 出正确的图像。如果投射的图像出现闪烁、模糊时, 可能是投影仪的同步性出问题了。这时候需要按“Sync+”或“Sync-”键进行调整, 矫正投影仪的同步性, 直到投射的效果满意为止。
6 投影仪的偏色现象
其实投影仪投射图像与打印机有相似的地方, 三种元素颜色很像喷墨打印机的墨水, 将图像“打印”在屏幕上。在投影仪主板解析处理图像源的信号时, 会产生一点偏差, 在用信号还原图像的色彩时, 也会与图像源有稍微的不同。但是只要是偏差不太大, 都应该是正常的现象。
但是如果投射的图像有严重的偏色甚至是错误, 如将图像源的黄色投射成了紫色, 那就是投影仪的硬件故障了。还有一种情况, 在投射的图像上出现了白色的亮点, 那就是投影仪的液晶板坏了, 造成大量的光线通过液晶体投射出了错误的图像。
7 投影仪的流明叠加功能
有些投影仪有流明 (亮度) 叠加功能, 如果需要增加投影图像的亮度, 可以使用多台投影仪同时投影图像。这些投影仪在机身上具有镜头移动调节开关, 可使投影的图像完全重合。而投射图像的流明 (亮度) 基本上可以达到这几台投影仪标称流明数的总和。在较大的光线较亮的场所, 如商场、展会等中, 这种功能是非常有用的。
8 投影仪日常使用中注意事项
在投影仪中一般有2个风扇, 一个是吸气风扇, 用于将外界的新鲜空气吸入投影仪中, 冷却投影仪的器件;一个是排气风扇, 用于将冷却部件后的高温空气排出投影仪外。在吸气风扇的外部有一个空气过滤网, 会将空气中的灰尘过滤掉, 避免其进入投影仪内部。所以, 首先要保证使用的室内环境较清洁, 其次定期清理空气过滤网上的灰尘, 避免进气量不够影响冷却效果。将投影仪关机时, 一定要等投影仪内部温度降低、风扇停转后再关掉电源开关。否则或严重降低投影仪的使用寿命。
1提高光效率
从工作原理上，投影机是一种被动发光成像技术，通过调制光源(目前基本为灯泡)来控制亮度输出，因此亮度很大程度上依赖于灯泡的功率，而在投影机中，超过70％的功耗来自于灯泡，因此降低灯泡的功耗将是降低整个投影机功耗的最有效手段，而要在降低功耗的同时保持足够的亮度输出，就要提升成像单元的光效率。
因此国内外的相关标准，都对投影机的光效率有相关规定。同样提高光效率也成为了投影机的一个重要技术方向。
在8月份的投影机产品横向评测中，PCWorld中国实验室曾经对佳能的SX7(LCoS技术)、索尼的VPL-EX50(3LCD技术)和明基的SP870(DLP技术)进行过专门的光效率对比测试，三款产品代表了各自技术的高水平，其光效率(亮度／灯泡功率)分别为13.5lm／w、13.2lm／W和13.9lm／W，都达到了很高的水平。
爱普生8月份刚刚推出的新一代工程投影机EB-G5300，使用275W灯泡实现了S0001m的亮度输出，光效率达到了18.2lm／W。
在投影机的光效率提升中，核心成像部件最为重要，例如在3LCD技术中，液晶面板的开口率就将很大程度上决定投影机的光效率，索尼新一代的BrightEra液晶面板和爱普生的D7液晶面板，开口率都较上一代产品有了20％以上的提升，新一代的液晶面板已经在近期推出的3LCD投影机中得以普及应用。
2节能模式
对于节能模式，不同的厂商有不同的称谓，Eco模式、经济模式、低亮度模式、节能模式，所有这些模式，都是控制灯泡的功率，达到在不同运行状态下，不同灯泡亮度模式的目的。这样用户在不需要高亮度输出的环境或者状态下，可以使用投影机的节能模式。这一功能的配备，使投影机可以适用多种环境，并提高了用户对产品的控制与管理能力，降低使用成本。
灯泡运行在低功率模式下，一方面可以降低功耗，另一方面可以延长灯泡的寿命，灯泡寿命的延长意味着投影机维护成本的大幅度降低。
例如NEC NP200+在Eco模式下灯泡寿命可达4000小时，大大节约了用户的使用成本，而在Eco模式下，亮度也可达到普通模式下的80％，延长了灯泡寿命的同时，也保证了投影的效果。
对于节能模式的使用，不同厂商的产品有着不同的设置方式，一般都是要在菜单中选择。在索尼VPL-CX系列投影机中，将菜单中的“节能”设置为“开启”后，一旦连续10min没有任何操作，机器将自动进入节能模式，这样进一步完善了节能模式的设计。
3自动关机
自动关机功能如今已经成为大多数投影机的标配功能，该功能也是一项面向节能和节省灯泡使用时间的设计。
在大多数投影机中，自动关机功能都可以设置时间间隔，启动该功能后，如果在设定的时间间隔内，投影机没有输入信号，就自动关机。该功能可以很大程度上避免用户因忘记关机等原因造成的投影机电能消耗和灯泡使用时间的浪费。
4直接关机
由于投影机运行过程中是一个高发热设备，在关机后内部热量必须散出，使温度降低到安全水平，这样才能保证投影机尤其是灯泡的安全。
所以早期的投影机产品在关机后风扇会继续运行，保证散热，这个关机过程一般需要几十秒甚至是数分钟，这个过程不仅会继续消耗电能，同时也会增加用户的等待。
直接关机是指投影机关闭后可以直接切断电源，而不需要等待风扇散热后再切断电源，尽可能节省电能的消耗。直接关机功能有很多种实现方式，最常用的方式是使用大电容，保持关机后的短时间供电，完成投影机的散热过程。
日立采用了增大灯泡灯室空间，增加灯泡外部绝缘材料，从而使灯泡内外形成巨大温差，形成空气自动对流，从而保证快速散热的方式，根据日立提供的资料，其散热效果非常好，可以在1min内，将灯泡温度快速冷却到500℃，这样的冷却效果似乎更加科学可靠。
直接关机除了可以帮助用户节省电能消耗和提升投影机的使用效率外，还可以适应突然断电事故和用户的误操作，保护投影机的安全。
5快速开机
提升效率可以缩短投影机的使用时间，也是一种节能和降低灯泡消耗的有效手段，快速开机就可以提升用户的投影机使用效率。这里所说的快速开机除了指投影
机从打开电源到投射出图像这个开机过程外，还包括了用户完成后续的投影机的安装和调节过程，达到投影机完全可以使用的状态。与早期投影机数分钟的预热过程相比，现在投影机的开机时间非常短，一般在10s内就可以完成从打开电源到投射出图像的开机过程。
而类似于自动聚焦、自动信号调整、自动梯形校正等各种自动化功能，则可以让用户在投影机安装过程中效率大大提升，快速完成从开机到就绪状态。
索尼今年推出的VPL-E系列商务投影机，除了配备了这些自动化功能外，还使用了梯形机身设计，减少了用户在安装过程中的调节步骤，使用户的安装效率大大提升。
6低噪音
转动散热带来的噪音，有时被认为是很大的干扰，尤其是会议、教学的进行中，还有家庭欣赏影片的时候，用户希望低噪音的宁静环境。
既要保持良好的散热，又要尽可能降低噪音，这也是投影机在发展过程中着力要解决的一个重要课题。
采用低噪音风扇、优化风道设计提升散热效果、机壳辅助散热等都是有效降低噪音的手段，甚至在一些产品中还开始使用液冷散热方式。
相较于早期的投影机产品，如今的投影机产品的运行噪音已经大幅度降低，很多的商用投影机的运行噪音都已经在30dB以下，达到了一些家庭影院投影机的噪音水平。
7空气净化
空气净化功能是由奥图码率先推出的一项很实用的功能，在奥图码的投影机称之为“光触媒空气清静”技术，它利用TiO2与灯泡发出的紫外线产生光触媒作用，进而达到清净空气的效果。
如今“光触媒空气清静”技术已经在奥图码的工程、商务和家用多款产品中应用。奥图码推出的乐活机目前已经发展到了第二代，在乐活机中光触媒空气清静技术就是一大亮点，它解决了投影机在遮光环境中空气不流通所产生的问题，真正让使用者在健康的环境中自由使用，这对于以娱乐为目的的家庭应用尤其重要。
8环境光线感应技术
投影机的显示效果和人对亮度的感知会受到环境光线的影响，例如同样的亮度输出，在一个光线充足的房间和光线密闭的房间，人会有完全不同的感觉。
因此根据不同的环境光线条件来调节投影机的亮度输出，才能让用户在不同的环境下都可以得到理想的亮度输出和画面效果，得到愉悦的视觉感受，对于人的眼睛是一种保护，同时也可以起到节省电能消耗的效果。
环境光线感应技术就是为了实现上述目的的一项技术，在松下、富可视等多款投影机产品中都使用了环境光线感应技术。
松下的强光感应技术是环境光线感应技术的一个代表，它可以自动监测环境光线条件，然后自动将图像调整到最佳效果，该技术到目前已经走过了四代，从开始的单纯的亮度、对比度、色彩调整，发展到了灰度层次、色彩层次、图像边缘增强等图像细节方面。
9防尘
防尘技术已开始逐渐在教育机型中得以普及，并开始向工程和商务机型中蔓延，而防尘技术本身也将越来越完善。防尘解决了投影机运行过程中灰尘对投影机寿命和稳定性的影响，也降低了用户的维护工作量，保护用户投资，降低了投影机的总体拥有成本。
10RoHS
(1)中心投影的概念(2)斜投影的概念(3)正投影的概念(4)三视图的形成及其投影规律(5)画三视图的方法和步骤(6)利用AutoCAD绘制三视图教学设计用动画和电子挂图介绍三视图的形成及其投影规律，然后介绍三视图的画法，在介绍三视图的画法时，要紧紧抓住形体分析法，从一开始就要同学养成正确观察方法和正确的画图习惯，千万不能看到一条棱就画一条线，不作形体分析，
机械制图图纸的一般知识_第五讲、三视图的形成及其投影规律
二、常见技术图样——
（一）正投影与三视图
（一）教材分析
通用技术必修模块“技术与设计1”第六章第二节《常见的技术图样》之“正投影与三视图”（苏教版）主要描述了正投影形成三视图的方法、原理，三视图的绘制（识读）方法和规律等。三视图作为一种技术图样是设计交流与表达的一种常用的技术语言形式。学生通过本节的学习，掌握“能绘制简单三视图”的知识和技能，学会一种设计交流的技术语言，本节内容也是后续知识“形体的尺寸标注”和“机械加工图”的基础。
（二）学情分析
通过前面章节的学习，高中学生能够较熟练地绘制（识读）平面图和正等轴测图，也有光线投射成影的感知和体验。数学课上学过三视图的知识，对三视图有一个的了解。教学可以从学生的现有知识和经验出发，按照直观感知、操作确认、思辩求证的认识过程展开，建构正投影与三视图的知识体系。
（三）教学目标 1.知识目标：
（1）理解投影法的基本概念和方法；
（2）掌握正投影法方法、特性及三视图成图原理和规律；（3）掌握三视图一般绘图规则。（4）了解剖视图。2.能力目标：
（1）掌握简单的三视图的绘制（识读）；
（2）学会规范作图的方法和技能。
3.情感态度价值观：
（1）感受技术交流中三视图的作用；
（2）养成细致、严谨的态度。
（四）教学重点：
（1）掌握三视图成图原理和规律；
（2）掌握简单的三视图的绘制（识读）。教学难点：
（1）能规范绘制和识读简单的三视图。
（五）教学策略
运用实物观察、模仿练习的方法学习三视图的绘制和识读。
（六）教学准备
利用投影仪自制平行光源，利用厚胶纸制作多个透明的模型，绘图铅笔，橡皮、直尺、三角板。
（七）教学过程： 引言：前面学习的技术图不能直接用于机械加工，今天我们学习一种直接用于机械加工的技术图――三视图
一、正投影与三视图
用心
爱心
专心 1
（一）投影：介绍几种投影
（1）、投影的概念：在电灯光的照射下，形体在地面上产生的影子。这里灯光称为投影中心，光线称为射线，平面Ｈ称为投影面，这种得到形体的投影方法，称为投影法。中心投影、平行投影、斜投影
（2）、平行正投影的特点：类似性
观察与思考：在正投影中，一般一个视图能不能完整地表达物体的形状和大小，能不能区分不同的物体？
用心
爱心
专心 2
如下图中两个不同的物体在同一投影面上的视图完全相同。因此，要反映物体的完整形状和大小，必须有几个不同投影方向得到的视图。
所以：根据对投影特点与投影物体位置关系的讨论，可以发现为确定物体结构形状，需要采用多面正投影。
（3）、视图的概念：根据有关标准和规定，用正投影法所绘制出的机件的图形，称为视图。
（二）三视图的形成：从不同的方向对产品进行投影
1、正面投影称为主视图，水平投影称为俯视图，侧面投影称为左视图，统称为机件的三视图。如图所示。
2、三视图的投影规律： 三等对应关系：
（1）主、俯视图中相应投影的长度相等，即主、俯视图长对正。
（2）主、中相应投影的高度相等，即主、左视图高平齐。
（3）左、俯视图中相应的宽度相等。六向方位关系：
（1）主视图 上、下、左、右对应物体的上、下、左、右（2）俯视图 上、下、左、右对应物体的后、前、左、右（3）左视图上、下、左、右对应物体的上、下、后、前
用心
爱心
专心 3
（三）阅读课本122页案例分析，模型房的结构与三视图，并理解其内容，注意三视图的特点。
马上行动
教师给出物体的组合学生三视图，（三个学生黑板画图，其余学生在草稿纸上画）
用心
爱心
专心 4
（二）剖视图简介
（一）在视图中，凡是遇到机件内部有孔时，都用虚线表示，但是当机件内部形状复杂时，虚线很多，不方便看图和标注
（二）为了清楚地表达机件内部形状，在机械制图中常采用剖视，即假想用剖切面剖开机件
（三）将处在观察者和剖切面之间的部分移去，而将其余部分向投影面投影，所得图形称为剖视图(简称剖视)。
（四）剖视图名称--在剖视图上方用大写字母标出“X-X”，并在剖切符号的一侧注上同样字
用心
爱心
专心 5 母。同时有几个剖视图时，其名称按字母顺序排列。
（八）作业
已知物体三视图的外轮廓，构思该物体
构思过程：
用心
爱心
专心 6
用心
目前,投影仪和大屏幕的应用十分广泛,在会议、教学、演讲、展示等场合随处可见它们的身影。但是,大屏幕和投影仪仅仅满足了显示的需要,操作者还是被传统的交互方式(即键盘、鼠标方式)限制在计算机周围,这种交互方式已经不能满足人们对于交互“自然性”的要求。随着计算机视觉技术的飞速发展,基于计算机视觉的人机交互技术已成为当前的研究热点[1,2]。文献[3]中设计实现了面向多投影显示墙的手势交互系统。在虚拟现实环境下,根据立体视觉的原理跟踪计算人手的三维空间坐标以及各种动作,实现人与虚拟空间物体的交互。文献[4,5,6]通过检测投影屏幕上的光笔投影点定位光标的位置,根据光笔投影点的运动轨迹定义了4种运动状态:激光点出现、激光点消失、激光点移动以及激光点在某个位置画个圈,并利用有限状态机各种状态之间的转换实现鼠标的选中、拖动、双击功能。该方法存在着光笔运动状态误判的情况,导致操作的不稳定。
本研究从光笔投影点坐标的精确性、交互的方便性等方面进行一定的改进,提出一种简便、实用、精确的校准方法,设计实现新的基于激光笔的交互系统。
1 系统综述
本系统主要由摄像头校准、激光点检测与跟踪模块组成。本系统的配置图如图1所示,系统流程图如图2所示。基于激光笔的交互方式的基本思想是:利用普通摄像头拍摄投影屏幕,并在拍摄到的图像中检测激光笔投影点,根据检测到的图像上的激光笔投影点的坐标值,计算出投影屏幕平面上激光笔的坐标,并将此坐标传递给计算机系统,作为光标的当前位置,这样就实现了用激光笔来控制光标的位置。本研究采用无线射频技术(即利用激光笔上的按钮向计算机系统发送信号)实现了鼠标左、右键的功能,并且提出了一种适用于任意投影屏幕的屏幕坐标校准方法,使得校准精度大大提高。
2 系统构成
2.1 激光笔投影点的检测
通过激光笔投影点的运动控制光标的运动,首先要在摄像头拍摄的图像中检测出激光笔投影点。由于摄像头拍摄的投影屏幕图像上激光笔投影点所占的区域非常小,模式特征不明显,采用模式特征来检测并跟踪激光笔投影点的效果不理想。然而激光笔投影点的亮度值非常大,在较暗的环境中,它在投影屏幕上显示为一个具有很高亮度的红色亮斑,如图3(a)所示,此时所拍图像上该区域该像素的RGB 3个分量值都接近于255;但是当周围环境非常亮的时候,激光笔投影点极易淹没在周围的环境中,如图3(b)所示。为了解决上述问题,在摄像头前面加一个红色滤波片,除了红色光能经过以外,其他波长的光线能被此滤波片滤掉。加了红色滤波片之后,不论是在较暗的环境中还是在光线较强的环境中,摄像头拍摄的图像上都能清晰地辨别出激光笔投影点,如图3(c)、图3(d)所示。经实验证明,在摄像头前面加了红色滤波片后,激光笔投影点以外区域像素G分量、B分量的值衰减得非常明显,而激光笔投影点区域像素G分量、B分量的值衰减得非常小,能够明显地区别于其他区域。
根据上述实验结果,本系统利用每个像素B分量的值检测激光笔投影点。只要某个区域的像素的B分量值大于一个设定的阈值,则认为此区域为激光笔光笔投影点,取此区域的中心坐标作为投影点的坐标。由于该系统使用的环境有所不同,判别的阈值也会随着环境的改变而改变,使用前只需进行简单的训练即可求得适当的阈值。具体方法是:首先提取背景图像,此时图像中无激光笔投影点。接着用激光笔点射投影屏幕,提取一张图像,运用背景差分的方法即可求出激光笔投影点像素的RGB值,本研究提取其B分量的值作为颜色特征阈值,在接下来的每一帧中,只需检测每个像素的B分量值,若处于阈值上下5个单位范围内,本研究就视为当前帧中激光笔投影点区域中的像素,取区域中心坐标作为激光笔投影点坐标。这样就在新的环境中得到了该环境下激光笔投影点跟踪的颜色特征阈值。实验结果表明,对于一般的应用场合(如会议、教学课堂),此检测方法非常适用。
2.2 屏幕坐标的校准
假设摄像头不存在畸变,那么从摄像头拍摄的图像平面到投影屏幕平面仅仅存在一个简单的透视投影变换,其可以通过一个透视投影矩阵来表示,只要有4个点就可以求出此变换矩阵,然后将每个激光笔投影点在图像平面上的坐标均乘以这个变换矩阵,即可求出投影屏幕上对应的坐标值。但是由于成像传感器自身引起的失真、图像传感器承载工具的旋转或姿态的偏差,图像采集或传输过程中受到电磁干扰,或是受景物对象与摄像机三维空间相对位置关系等因素的影响,经过摄像头摄入的图像存在着几何失真或几何畸变,如透视畸变、枕形畸变、桶形畸变等,如图4所示。
此时,再按照上述的方法进行转换,就会出现较大的误差。因此有必要对摄像头进行校准,以校准激光笔投影点的坐标值[4]。本系统采用一种网格细分的方法来实现摄像头的校准,该方法与求取摄像头内外参数相比,具有更好的稳定性、更高的精确度以及更简单的操作。
首先,在电脑屏幕上绘制N·M个白色网格点,N,M为行列数,背景为黑色(网格点取得越多,即屏幕分得越细,校准的精度越高)。根据当前显示器的分辨率,求得特征网格点的屏幕坐标,利用投影仪投射到投影屏幕。由于投影屏幕之间存在差别,例如虚拟现实的大屏幕为了产生沉浸感,设计成弧形,布质投影屏幕产生轻微的扭曲。因此,可以根据实际情况调整每个特征网格点的坐标,使所有的网格点都投影在屏幕上。此时,按照行、列顺序保存调整后的所有网格点的坐标值,记为SCREENVERTEXT。
其次,控制摄像头拍摄投影屏幕,对于得到的图像进行图像处理,目的在于提取图像上所有的特征网格点,在所有特征网格点都提取到之后,按照行、列顺序,对网格点进行排序,使其与SCREENVERTEXT中的网格点一一对应,记为VIDEOVERTEXT。
对于此图像中落在网格区域内的像素的坐标值,可以由与它距离最近且以三角形包围它的3个网格点的坐标值插值得到。反之,如已知一个像素点的坐标值,以及包围它的3个点的坐标值,则可以根据下式求出对应的插值系数:
P0=αP1+βP2+(1-α-β)P3
插值示意图如图5所示。
在投影屏幕上寻找对应的3个网格点,利用计算出来的插值系数,即可计算出投影屏幕上对应的坐标值,这样就在图像平面与投影幕平面间建立了映射关系,只要知道图像平面上激光笔投影点坐标值便能快速求出投影幕平面坐标,达到校准目的。
3 实验结果
本系统的配置为:Intel Pentium D, 3 200 MHz CPU;1 024 MB内存;普通的USB摄像头;分辨率为320×240,25 帧/s。
实验数据如表1、表2所示。由表1可得:在摄像头前加上红色滤波片后,背景区域像素的RGB值衰减得非常明显,通过一个简单的阈值就可以提取出激光笔投影点。由表2可得:未校准的坐标与真实坐标之间的误差比较大,在投影屏幕上可以明显地看出激光笔投影点和光标之间的差距,而采用本研究提出的网格细分的校准方法以后,坐标计算的精确度大大提高,特别是在校准网格点上,纵坐标、横坐标的误差均为0,而在网格点内部区域,通过插值计算出来的坐标值的误差也控制在2%以内,光标与激光笔投影点在视觉效果上都能很好地重合。
4 结束语
在一般环境下,本系统能实时、准确地跟踪投影屏幕上光笔的投影点,具有较强的抗干扰性、稳定性。激光笔投影点的移动能够精确地控制光标的移动,激光笔上的按钮实现了鼠标的左、右键的功能。操作者通过本系统能够较远距离地实现鼠标的拖动、双击、单击、右键功能,检测准确率达到99%以上,坐标精确度达到1～2个像素的误差,并利用求均值的方法克服了由于操作者人手抖动而产生的光标抖动的情况,使得光标的移动更加平滑。
目前,该系统应用于实验室开发的家具虚拟摆放系统,极大地方便了交互者的操作,收到了非常理想的效果。未来的工作是对多个激光点进行跟踪与识别,以达到多人同时交互的目的。
参考文献
[1]HALL D,GAL C L,MARTINJ,et al.Acontribution to anintelligent office environment[J].Robotics and Autono-mous Systems,1999,35(3-4):211-220.
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要使教师教学变得更为有效和有趣，学生学习变得更为高效和高质，则需要对教学方式和教学工具进行更新。电教媒体的出现，特别是互动投影技术的运用，正是能在有限的教室空间内尽可能地使教学创造出无限生机。借助互动投影机技术能使学生对知识的获取不再局限于文字，而是通过调动学生的视觉、听觉等来让学生全身心地投入学习，激发学生学习兴趣，享受学习。在课堂教学中，互动投影机技术的优势主要体现在以下几个方面。
互动投影机技术丰富教学形式。传统“黑板+粉笔”的单一教学形式使教学显得过于枯燥，毫无创造性可言。而利用多媒体互动投影机技术，将教学内容有结构地呈现，能让学生明晰所要学习的内容，不再需要教师反复在黑板上用粉笔书写，大大提高课堂的效率，减少不必要的时间浪费。此外，将图片、声音、视频等以投影的形式呈现在学生面前，将知识形象化，全面改善“单调乏味”的“满堂灌”课堂，让学生主动地投入学习，体验学习。
互动投影机技术催生全面的课堂互动。有效的课堂教学绝不是教师的一言堂，需要教师和学生共同参与，相互合作。互动投影机技术能够最为及时地将教师和学生的想法反映在课堂上，学生和教师的观点通过投影技术呈现，激发师生的相互探讨，促发头脑风暴，反馈教学效果，这就有利于教师及时掌握学生的学习情况。同样，通过互动投影机技术，学生能够将彼此观点进行展示、分享和讨论，对所学内容进行有效反思和巩固。
互动投影机技术突破传统教学难点，降低教学成本。许多知识由于其抽象性而不易被学生所理解，成为教学的一大难点。互动投影技术能将知识以形象生动的形式呈现在课堂中，符合学生心理认知特点，化抽象为具象，易于学生理解。此外，特别是在科学课堂中，对于教师和学生而言，许多实验具有一定危险性以及不易实施和演示。此时，教师可以使用互动投影技术来模拟每一个重要实验，以直观、生动的呈现来解决抽象问题，突出知识重点，突破知识难点，从而来避免由于无法提供实验器材而放弃实验学习的尴尬教学场面。
而以爱普生CB-595Wi为代表的互动投影机，以其超短距互动投影技术突破教室的空间限制，超短距离投影大画面完美地呈现清晰、自然的影像；更为创新的是，CB-595Wi标配互动功能，支持手指触控，可根据需求轻松进行拖拽缩放，并进行批注书写，以投影技术为依托，将互动探究真正融入教学之中；CB-595Wi还是一款绿色环保的投影机，可根据教室环境明亮度和投影画面的亮度，智能化调节灯泡亮度，尽可能地降低能耗，延长灯泡使用寿命。
【关键词】3D全息投影；舞台表演；应用；现状；实施方法
文章编号：10.3969/j.issn.1674-8239.2015.01.011
1 发展现状
在舞台演出的发展历史中，每一次新技术的出现与新产品的应用，都为舞台表演艺术提供了新的表现手段。历年来舞台呈现手段从来不乏新技术的身影。从旧时洋铁桶照明到现实功能各异的舞台灯具，从画幕、幻灯到投影机、LED大屏幕，从三十年代用盐水缸充当调光器的简易手控灯光变化到现在的电脑全自动控制管理……舞台技术的应用始终与科技的发展紧密地融合在一起。当今，显示技术发展前沿的全息投影技术在传统舞台表演艺术中的呈现，丰富了表现画面，获得更真实、更震撼的艺术效果。
3D全息投影技术就如前几年LED显示屏在舞台的广泛应用一样，必将成为未来几年舞台表现艺术中的新亮点。其实早在几年前，以3D全息投影技术为代表的多种3D投影技术已经在舞台与电视中崭露头角，并获得受众的追捧。
创建于2004年的法国Adrien M演出团，其演出剧目的核心是围绕杂技的运动艺术和作为想象探索工具的数字艺术。主要代表剧目有：2005年的《Convergence 1.0》，这是对杂技艺术别出心裁和梦境般的探索；2006年的《ReTime》，这台节目剖析了时间的结构。而该剧团推出的3D全息投影视觉舞台剧《cinematique》（灵动的流光），曾荣获2009年法国BAINS数码艺术节“舞蹈与新型科技”组评委会大奖，并于2011年6月在杭州红星剧院演出。图1为具有3D全息投影视觉效果的舞台剧《cinematique》 的演出剧照。
3D全息投影技术是利用光干涉和衍射原理，记录并重构物体的三维图像。被记录的主体即可以是物品，也可以是动态的人物或是动物。观众无需配戴眼镜可以看到立体的虚拟人物或物品。在制作过程上，首先是利用光干涉原理记录拍摄主体的光波信息，即拍摄；然后利用衍射原理再现拍摄主体光波信息，即成像。全息图像犹如一个复杂的光栅，在相干激光照射下，一张线性记录的正弦型全息图的衍射光波一般可给出两个像，即原始像（又称初始像）和共轭像，再现的图像立体感强，具有真实的视觉效应[1]。
2010年3月9日晚，日本世嘉公司举办了一场名为《初音未来日的感谢祭》及《初音之日》（Miku's Day）的演唱会，采用了德国Sax 3D公司的3D全息透明屏进行视频播放。但更为准确的定义，应该是2.5D视频技术应用的演唱会。其技术原理为，在屏幕上投影画面，只不过这个屏幕制作成不同透明度，如屏幕为全透明的，舞台上就只留下MIKU（《初音之日》演唱会上专职唱歌的少女电子萌物形象，实为以Yamaha VOCALOID 2语音合成引擎为基础的虚拟女性歌手的软件）的成像，投影仪在屏幕的背面。这种技术成像不具备全息图像的特点，而只是让观众感觉上是3D图像而已。图2是《初音未来日的感谢祭》演出现场呈现的图像效果。
国内3D全息投影应用在影视舞台的演出上，首先出现在2012年各大卫视的跨年晚会。如在江苏卫视、东方卫视的跨年晚会上 ，利用全息投影技术，将逝去的歌者投射在空中，与现场歌手上演“隔空对唱”，为受众呈现出奇妙的观赏感受。图3即为虚实人物的“隔空对唱”效果。
在国内舞台剧表演上，最早应用3D投影技术的是安徽省黄梅戏剧院打造的3D大型神话黄梅戏《牛郎织女》。3D版《牛郎织女》初次亮相时，观众需在开头一段戴上眼镜欣赏投射到天幕上的3D效果。3D投影的呈现采用的是3D电影的技术手段，3D影像画面被投射在舞台幕布上配合演员的表演。3D投影的场景与真实表演的场景相辅相成，琼楼玉宇，亭台楼阁，烟雾缭绕，亦真亦幻。2013年3月9日晚，该剧在国家大剧院上演并获得成功，其3D投影技术的科技手段与传统的民俗风味浓重的戏剧艺术的巧妙结合，使黄梅戏更贴近时代风貌，再一次回归到更多人的视野中。由于该剧采用的是3D电影的视频技术手段，而非真正的3D全息投影技术，所以观众在观看演出时需要与看3D电影一样佩戴专用眼镜。图4为3D版的大型神话黄梅戏《牛郎织女》演出剧照。
各种技术的综合应用改变着人们对传统舞台的声光电技术的审美认知。
2 3D全息投影技术在戏剧舞台上如何应用
3D全息立体投影技术已经日臻成熟，正在从各种专业展会的展台上过渡到实际应用之中。常见的3D全息成像分为：180°、270°和360°， 180°适合单面展示，一般应用在3D成像面积较大的舞台全息投影，并且可以实现互动；360°可将成像投射在实景的半空中，具有强烈的纵深感，观众可以从任意角度观看。对于镜框式剧场舞台来讲，一般采用全息透明膜或半透明全息膜技术，在舞台表现的局部使用时也可以采用幻影成像技术。
需要注意的是，在舞台演出中，无论采用哪种3D全息投影的表现方式，都会对舞台灯光的控制提出更加严苛的要求。由于3D全息投影视频工作原理的特殊性，使用3D全息视频投影技术时，为了保障3D全息投影的视觉效果，需要做好舞台灯光布光的配合与调整。在全息透明膜投影幕的后面或3D幻影成像视频的侧面，舞台演员表演区域内的布光一定要避开3D全息投影视频图像。最好采用带切割成像功能的电脑灯或是LED成像灯，将舞台灯光的投射范围严格控制在演员表演区域内，绝对不能照射或反射到3D全息投影视频上，否则3D全息图像的画质会受到严重影响或消失；同时，这两种灯具除方便控制投光区域外，还能方便调整投光色调，让表演区域的灯光色调与3D全息投影视频图像的色调保持高度一致。在实际操作中需注意一点，投射到表演区域的光源角度要与3D全息投影视频图像中的光源角度尽可能做到一致，使舞台上整体图面的色调与所要呈现的效果达到完美的统一。在舞台装置、布景、台板的处理上，也要采用不反光的材料进行处理，避免舞台上的杂光反射到3D全息投影图像上。总之，舞台布景、音乐、灯光视频效果、演员相互呼应，发挥出3D全息投影的特殊舞台影像，方能达到最佳的舞台整体呈现效果。
3D全息投影技术随着技术的不断完善，应用越来越普及。3D全息投影要在艺术生产中占有一席之地，关键在于如何在舞台表演中合理地应用。先进的、新奇的技术能带给观众奇妙的视觉感受与冲击，但须避免单纯地炫耀技术，喧宾夺主，从而在表演中起画龙点睛的作用，为艺术表演需要服务。如：利用3D透明膜技术，可以将透明膜封在舞台的台口前，演示出3D景象，就像3D大型神话黄梅戏《牛郎织女》演出所使用的一样；也可以采用3D全息成像技术，幻影投射在舞台的局部位置，表现与演出相关的人物或景物，《2012年江苏卫视跨年晚会》上就是利用这种全息投影技术上演的“隔空对唱”效果。当然，根据演出的需要，也可以混合采用多种3D投影技术来为演出的主题服务。
3 实施方法
3D全息投影内容的录制、编辑与舞台现场播放都需要专门的设计制作团队来完成。所以3D全息投影在舞台表演中应用时，需要聘请专业的3D全息投影公司与剧团配合完成舞台艺术的创作工作，剧团可以与专业公司合作分成或是租赁外包3D全息立体投影部分的工作。
同时，有综合实力、能力的公司或个人，可以组建专门面向舞台戏剧的3D全息投影制作与播放公司，面向全国的舞台戏剧演出单位提供设计、拍摄、编辑、播放的一条龙式服务。
3D全息投影舞台显示技术在舞台上的应用，成功与否关键在内容的创意上，以及与表现主题的紧密结合上。再先进新颖的技术，在舞台表演艺术中永远只是手段，是为表现主题服务的。
注：文中所采用的图片全部来自网络。
参考文献：
[1] 3D全息投影[DB/OL]. http：//baike.baidu.com/view/2735924.htm？fr=aladdin，2014-11- 03/2014-11-26.
作者简介：
黄建，国家一级舞美设计，天津舞台美术学会副会长兼秘书长，从事专业舞台音响、视频设计与制作工作三十多年。作为主创参与设计制作的多部舞台戏剧作品分获“五个一”工程、入选国家精品工程、文化部文华奖等国家级大奖。
（编辑 杜 青）
【投影机基本知识技术】推荐阅读：
直线投影教案09-13
