三通道被动立体投影显示系统方案.doc

三通道被动立体投影显示系统方案建议书北京四维宇宙科技有限公司2007 年 12 月目 录1.概述.31.1.文档概述.3 1.2.系统概述.3 2.本项目方案建议 .42.1.系统组成.4 2.1.1.投影系统方案.42.1.2.矩阵与接口.82.1.3.中央集中控制系统.92.2.主要设备介绍.102.2.1.F1+投影机.102.2.2.边缘融合控制器.122.2.3.投影机的机械调整结构.132.2.4.屏幕及机械结构.132.2.5.多窗口图像处理器 MediaWall 2000 .142.2.6.AV2 中央控制主机 .152.2.7.无线触摸屏 ST-1700C .172.3.系统的功能特点.172.3.1.灵活的显示模式.172.3.2.高品质的画面质量.172.3.3.高度的可靠性.172.3.4.灵活的可扩展性.182.3.5.容易的可维护性.183.系统设备清单与报价 .19三通道被动立体投影显示系统方案建议书 Page 3 of 20 三通道被动立体投影显示系统方案建议书1.概述1.1.文档概述本文档专为某某单位大屏幕投影显示系统而编制的方案建议书，主要包含系统的构成、系统的功能特点、主要设备的技术规格以及系统设备清单与报价。1.2.系统概述本系统是一套当今最为高端和前沿的大屏幕投影显示系统，主要包括三通道被动立体显示系统（无缝拼接）、矩阵与接口系统、中央集中控制系统等五部分。立体投影系统是该工程的核心,是为各种信息 资料 数据的显示服务的。大尺寸屏幕覆盖了观看者的余光，不仅大大增强了沉浸感，而且图像尺寸的增大使在普通显示器上不易查觉的细节暴露无遗，提高了可视化的准确性；同时屏幕尺寸的增大使得几十人同时使用，从而实现了群体可视化，大大提高了群体决策的效率。矩阵与接口为整个系统提供各种输入输出界面和控制接口，协调、管理各种信息的传输，对传输信号进行实时放大处理，实现多通道信号输入和多通道信号输出，最终保证演示的顺利进行。中央控制系统对投影的开关、矩阵信号的切换，实现全自动化、智能化控制。用户只要轻轻按动触摸屏，就可轻松实现一键式控制。中央控制系统还可以对会场环境进行控制管理，包括对灯光、窗帘等的控制，可大大降低系统的管理成本。三通道被动立体投影显示系统方案建议书 Page 4 of 20 2.本项目方案建议2.1.系统组成本显示系统由如下分系统构成：d投影显示系统采用一套三通道、前投、柱幕、被动立体投影显示系统。硬件边缘融合处理器 Compact UTM 作为核心融合处理设备，同时配置一台美国 RGB 公司的多窗口图像处理器 MultiView 2000。d外围配以国产名牌 VGA、Video 矩阵切换器作为对 MV2000 处理器输入信号接入的扩充。（矩阵具体容量根据用户实际情况决定）。d为保证系统的灵活便利的操作，我们采用美国Crestron公司的中央控制系统管理和控制所有设备，同时为用户提供一个按需定制的触摸屏操作界面。2.1.1. 投影系统方案2.1.1.1投影系统组成本方案建议的投影显示系统是一套三通道、前投、柱幕、被动立体投影显示系统。具体是：采用 3台挪威 PD 公司 F1+投影机，采用被动立体技术每两台组成一个显示通道，利用UTM 独有的非线性几何校正技术、边缘融合技术、亮度和颜色一致性调整技术，产生一个无缝的超宽图像，显示在一个半径 4 米左右、圆心角 150 度，弦长 7.73 米，高 3 米的巨型屏幕上。用户戴上立体眼镜即可进入一个高逼真、高沉浸感的立体虚拟环境，产生强烈的身临其境的感觉。效果示意图如图 1 所示。三通道被动立体投影显示系统方案建议书 Page 5 of 20 图 1三通道立体投影显示系统整个投影系统主要由以下部分组成：d3 台 F1+ SX+投影机(14001050，4500ANSI流明)；d每台投影机带有 6 自由度调整支架，便于光路的调整；d一体化投影机支架；d半径 4 米、圆心角 150 度、高 3 米的柱形屏幕以及屏幕支架。屏幕距离地面 10cm左右；d一台 Compact UTM 边缘融合与非线性几何校正计算机；d安装、调试以及测试专用软件 Compact Control。d一台美国 RGB 公司的多窗口图像处理器 MediaWall 2000，用来在一个大屏幕上显示多个窗口的图像。2.1.1.2光路设计设计说明：1)三通道被动立体，投影机为 3 台 F1+ SX+（分辨率 14001050、亮度 4500ANSI流明），镜头为 1：1 广角镜头；三通道被动立体投影显示系统方案建议书 Page 6 of 20 2)屏幕为柱形屏幕，半径 4 米，水平视角 150 度，幕高 3 米。从图中可以看出，屏幕宽度将近 8 米。3)由于选用 1：1 短焦镜头，所以投影距离不到 5 米。有效地避开了房间中的立柱。4)设计了 150u30340X圆心角，强烈体现了高沉浸感。图 2光路设计顶视图，半径 4 米，圆心角 150 度。从中可以看出宽度、深度等信息图 3光路设计侧视图，从中可以看出屏幕的深度、高度等信息三通道被动立体投影显示系统方案建议书 Page 7 of 20 图 4光路设计前视图，从中可以看出屏幕的宽度、高度等信息（注：图中一个方格代表 11 米）2.1.1.3实现的功能本显示系统能提供两种演示模式：第一种，大屏立体模式。三个通道的六台投影机采用边缘融合无缝拼接技术，形成一个连续、无缝的宽屏显示画面，如图 5 所示。图 5大屏显示模式。三台投影机采用融合无缝拼接技术形成一个连续、无缝的宽屏显示画面三通道被动立体投影显示系统方案建议书 Page 8 of 20 第二种，多窗口模式。在一个三通道宽屏上，以“多窗口”的形式，同时最高显示 6 路RGB 计算机信号和 6 路 video 信号。窗口可以在整个屏幕上任意漫游，可在任意位置（跨越融合区）、以任意尺寸（正确的长宽比或拉伸为匹配大小）显示，如图 6 所示。图 6 多窗口显示模式。在一个大屏幕上显示多个信号窗口，窗口可以在整个屏幕上任意漫游，可在任意位置（跨越融合区）、以任意尺寸显示。2.1.2. 矩阵与接口大规模可视化显示环境起源于飞行训练模拟器，飞行训练模拟器需要多台投影机拼接成一个无缝球幕或柱幕的显示环境。对于这样的系统，仅仅需要运行一个为该模拟器定制的、单一的应用程序即可，几乎都做成系统设备一加电，应用程序就运行的模式。但是在行业应用中，例如石油/天然气、科学计算、制造业中设计数据的回顾、数字原型设计、大规模电子沙盘、3D 地形数据可视化等这些大规模可视化显示环境，需要运行多平台的应用软件，也就是说有多种格式的数据源。这就意味着不同于模拟器系统，这种可视化系统是一种全功能的多媒体环境，必须适应多通道 PC-Cluster、单通道的工作站、笔记本、会议系统、视频播放以及多种音频等等。而且更为复杂的是，所有这些媒体源具有不同的分辨率和格式，这就要求所建立的可视化系统必须具有很强的灵活性和适应性。矩阵与接口系统主要就是处理音频信号、视频信号和计算机信号的设备，将所处理的信号按照实际使用的需要进行选择、分配到显示端或其他处理端。它具有 RS232 接口，可以与中央控制系统连接来实现信号选择、分配的自动化，从而减少人工操作的复杂性，节约人工成本，而通过计算机指令执行操作，增加系统运行的安全性。三通道被动立体投影显示系统方案建议书 Page 9 of 20 在进行矩阵设计时，要考虑以下三方面的内容：1)矩阵大小，一般用 AB 表示，其中 A 表示输入信号的个数，B 表示输出信号的个数。通常选择矩阵大小要有冗余；2)矩阵格式，这包括信号格式（是 Video 信号、Audio 信号，还是计算机 VGA 信号）、分辨率格式、带宽、端口连接头类型（VGA、DVI、BNC）；3)控制方式，前面板手动控制，还是 RS232 远程控制。在本系统中，我们设计了三种矩阵：第一种是 3216 VGA 矩阵，是系统中的核心矩阵，需要在大屏幕上显示的各种计算机信号都要输入到该矩阵。第二种是1616 Video矩阵，需要在大屏幕上显示的各种视频信号都要先输入到该矩阵。第三种是 82音频矩阵，对 DVD、各类计算机的音频信号进行选择。2.1.3. 中央集中控制系统在本项目中，涉及到的系统包括投影系统、矩阵与接口系统、音响与扩声系统、会议摄像与纪录外，还需要考虑的是灯光、窗帘等其它不可或缺的系统。因此，如果没有一种好的控制结构，整套可视化系统就仅仅是一堆硬件设备的“堆叠”，只有那些经过复杂培训的、对系统结构熟悉的技术人员才能进行操作。这样对整个系统的操作起来会非常不方便、非人性化。为此，我们采用了美国 Crestron（快思聪）移动触摸控制解决方案，用户只要轻轻按动触摸屏，就可轻松实现一键式控制。具体配置是：d一台多媒体中央控制系统主机 AV2，控制主机是整个中央控制系统的核心，它通过内部运算将各种操作指令通过串口或红外口发送给受控设备执行指令。d一台 5.7无线触摸屏及充电底座 STI-1700C；d一台无线接收机 CNRFGWA；d一套定制的控制程序软件。三通道被动立体投影显示系统方案建议书 Page 10 of 20 同时，为配合设备电源的开关、环境灯光的控制，配置一个 8 路强电控制模块 CNPCI-8；为保证设备由前到后顺序开关机，还配置了 1 或 2 套 8 路时序电源控制器（带遥控）PRS-1820。通过中控系统，可对以下设备进行集中控制：1) DVD 录像机的播放、停止、暂停、快进、快退及录像控制方法： IR红外控制2)摄像机的云台控制、变焦、聚焦控制方法： IR红外控制3)矩阵切换器的信号切换控制方法: RS-232串行口控制4)投影机的电源开关控制方法： RS-232串行口控制5)音响系统的音量控制控制方法： RS-232串行口控制6)灯光的开关控制。控制方法：智能继电器配电箱7)各种设备电源的开关控制方法：继电器控制2.2.主要设备介绍2.2.1. F1+投影机F1+是挪威 PD 公司专门为仿真和虚拟现实应用设计和定制的第二代高性能单片 DLP 投影机，属系统级产品，主要指标如下（详细技术规格见表一）：单片 DLP 技术，LVDS DMD with DarkChip3；最高分辨率 SXGA+ (1400x1050）亮度 4500ANSI 流明对比度 2500:1三通道被动立体投影显示系统方案建议书 Page 11 of 20 专业品质的视频接口设计，扩展了其应用能力；超常的灯泡寿命，高达 2200 小时；独特的静音设计；镜头 0-100%垂直偏移，使得在做被动立体时，容易精确调整。独有的颜色管理技术 RealColor。RealColor 是 PD 投影机所具有的独特的高精确度的颜色管理技术，可以让用户根据显示源和环境恰当、容易地校准和设置投影机的颜色，选择最合适的白点和灰度等级。很显然，这种技术特别适合大屏幕多投影机的无缝拼接的应用。详细技术指标：显示能力光学输入/输出附件常规技术分辨率亮度对比度可显示的颜色数图像处理延迟计算机信号水平扫描频率垂直扫描频率Video 信号镜头灯灯寿命计算机输入Video 信号输入Audio 输入控制与通讯monitor edrive线缆噪声(dB)外形尺寸(d x w x h)重量电源标准单片 DLP 技术，采用 LVDS DMD DarkChip31400 x 1050 pixels (SXGA+)4200 ANSI lumens (典型)2500 : 1 (典型) 16.8 M, 24-bit RGB1 帧UXGA, SXGA+, SXGA, XGA, SVGA, VGA 1920x1080 - 640 x480，RGBHV, RGBS, RGsB15 - 150 kHz48 - 190 Hz HDTV (1080i / 720p)EDTV (576p, 480p)SDTV (576i, 480i)NTSC, PAL, SECAM标准 1.75 - 2.25 : 1，广角 1.02：1300W UHP，250W经济模式,连续可调1700小时（经济模式）, 220 小时(全功率模式)2x VGA，1x DVI-DDVI-D (HDCP)、YPbPr、S-video、composite video2x 3.5 mm mini立体声插孔RJ-45 TCP/IP, 9-pin DSUB RS232, USB, 1x VGA2m VGA电缆、2m S-video 电缆、2m USB线、4m电源线28 dB(A)278 x 278 x 110 mm3.4 kg 100 - 240VAC, 50/60Hz +/-10%CE, UL, cUL, FCC Class A三通道被动立体投影显示系统方案建议书 Page 12 of 20 0 - 40C (0 - 1500m)工作温度保修2.2.2. 边缘融合控制器0 - 35C (1500 - 3000m) 主机 2 年，灯 500 小时或 90 天Compact UTM 是世界上技术最先进的、功能最强大的边缘融合控制器，使用此控制器可以轻易的构建高分辨率的实时无缝宽屏幕投影显示系统。UTM 控制器具有的功能：1）非线性几何校正，支持柱面幕、球面幕；2）边缘融合区的羽化处理；3）多投影机之间的颜色匹配处理；4）专用的投影系统的设计软件 CompactDesigner。根据所支持的信号格式的不同，CompactUTM 共有以下 7 种规格型号：在本项目中，Compact UTM 的具体配置如下：1台CompactUTM ， 其 中 包 括 主 机 基 本 系 统 、 6块SXGA plus UTM卡 和 一 套compactcontrol 软件。UTM 卡主要进行非线性几何校正和边缘融合功能，Compact control 软件用来进行系统的安装调试。三通道被动立体投影显示系统方案建议书 Page 13 of 20 2.2.3. 投影机的机械调整结构为保证系统质量，我们根据每个用户特点和现场的实际情况定制投影机机械调整结构，具有如下特点：d 6 自由度空间调节能力：这是高端多通道显示系统机械部分所必须的。d多机一体化结构：稳固的、一体化的结构能最大程度地降低系统相对误差和维护难度。d长期的可靠性：将环境等因素（如温度等）带来的影响降到最低。d易维护性：对系统的定期维修、更换耗材等工作没有障碍和影响。下面的图例，左边的是非专业的做法。右边的是专业的做法，考虑到了建筑和环境的影响等因素，所有部分都经过精确的设计和加工，确保最高的精度和长期的可靠性。图 7 右图为专业的做法2.2.4. 屏幕及机械结构为了实现最好的显示效果和图像质量，显示系统将采用四维时空公司自己开发与生产的屏幕，专门用于高端虚拟现实和视景仿真应用。这种屏幕是一整块无缝材料，屏幕表面部分是由根据设计要求专门加工的硬质材料以及合适的表面涂层构成，由我公司的专业服务人员安装、维护和保修。屏幕有下列特点：根据用户的不同应用类型，选择最佳的增益系数；防反射设计，避免光线多次传播形成的漫反射和无关光源的影响；光线分布均匀，避免融合区光线集中形成的光带痕迹；三通道被动立体投影显示系统方案建议书 Page 14 of 20 对所有的颜色分布均匀；最大的观测视场范围。专业的、定制的屏幕机械结构是高质量显示系统必不可少的部分。我公司总是根据用户现场情况自己设计和加工全部的屏幕机械联结结构，特点如下：d高精度：必须通过专门的测量工具（硬件和软件工具）检验，满足高质量图像显示的要求。d长期的可靠性：将环境等因素（如温度、磁场等）带来的影响降到最低。d耐用性：能长期抵御多种因素（如氧化等）的影响。图 8 精密的屏幕机械结构，坚固可靠2.2.5. 多窗口图像处理器 MediaWall 2000MediaWall2000 是一款实时多路视频/数据信号处理器，用于多台投影机、显示拼墙或多个平板显示器。每个处理器支持多达 4 路输出。可与支持大型显示的系统架构连接。MediaWall2000 是一款定制产品，具有比 PC 更高端的架构，更快的刷新率，显示更具弹性、坚固性和安全性。 MediaWall 处理器可同时显示多达 6 路图像和 6 路视频信号，无需考虑屏幕的大小、位置，可在一个屏幕内显示，也可跨屏幕显示，能以正确的纵横比显示，还可将图像扩展到整个屏幕，可整体显示，也可放大局部重点显示。与其他视频/数据显示墙不同，该处理器本质上可进行无限次的显示转换；多屏幕阵列组成的一个真实地虚拟大屏，在上面进行任何视窗显示都是可能的。该系统完全实时，且无丢帧。三通道被动立体投影显示系统方案建议书 Page 15 of 20 该系统对广泛输入格式都具有即插即用功能。图形信号可在 1920 x 1200 像素的 RGB格式与 DVI 格式间进行选择。还支持 HDTV 输入，最高到 1080i和 1080p。视频输入可以是复合视频、分量或标准视频。背景图像的分辨率由显示墙的整体分辨率决定，可通过CF卡或网络来加载。该系统通过RS-232或以太网端口来控制。基于网络浏览器的控制系统可进行本地或远程控制。用户界面提供一个带“拖拉”视窗定位和缩放功能的显示墙图形表述模式。该系统具有 7 天 24 小时全天候运行的坚固性。紧凑的 2U 可安装机箱，附带可替换的空气过滤器，备用电源，自动调温控制风扇，适应恶掠环境。最重要的是，MediaWall处理器的嵌入式操作系统提供了安全性和可靠性。该处理器可与任何显示块协同工作，并可对坏的显示块进行调节补偿。输出分辨率可按显示需要进行精确调节，最高到 1920 x 1200 像素。对重要且需要进行实时操作的任务而言，采用 MediaWall 2000 是理想的选择，且其性价比极高。主要特性：d自动产生融合区内的图像，不用人工干预；d完全实时，且无丢帧；d 7 天 24 小时全天候运行的坚固性；d 6 路 RGB/DVI/HDTV 和 6 路视频输入；d 4 路输出显示；d 1920 x 1200 的输出/输入像素；d通过 PC 网络浏览器进行控制；d嵌入式操作系统；d备用电源；d背景图像可下载；d可对图像加框、加标题和图标；d耐用、紧凑的 2U 机箱；即插即用架构。2.2.6. AV2中央控制主机三通道被动立体投影显示系统方案建议书 Page 16 of 20 AV2 提供一个完全新驱动控制技术的解决方案，它的核心是突破性的 2系列引擎。2系列引擎基于最新的 257MIPS、32 位 MOTOLORA ColdFire 处理器，内置的 34MB 内存可以扩展到 4GB，用于程序和触摸屏文档存储，提供硬件、软件相结合、升级，资料库和时间表计划的功能。AV2 具备 CRESTRON 独特的双总线系统，结合它高速的输入输出总线结构，提供快速吞吐和系统带宽。300MB/S 的 Z-Bus 为超高速的应用卡而设，如 10/100M 以太网、USB、FieeWire 等，内置防火墙和地址译码器。AV2 通过此口与以太网直接相连，提供真正的安全网络通讯，网络上客户机通过网络可以对本机所能控制的器材作全面控制。主要技术规格：处理器内存Y-Bus 总线Z-Bus 总线控制和通讯口操作系统面板显示32 位 MOTOLORA ColdFire 处理器处理速度：257MIPS（DHRYSTONE2.1 标准）标配内存：34M 扩展插槽：4GB 标准类型 II 快速闪存和 IBM MicroDrive 硬盘40Mb/s 平行通讯8 路可编程的红外串行口（螺丝压线柱接口）TTL 电平 RS-232 类型，可同时输出最高频率可达 1.2MHz，能对所有红外受控设备（包括奇/偶码频率）进行控制8 路可编程的输入输出口（螺丝压线柱接口）：数字输出：250mA 同步，最大 24V 直流数字输入：0-24V 直流，20K 阻抗，逻辑电平 1.25V 直流模拟输入：0-10V 直流，20K 阻抗8 路常开隔离继电器，最大电流 1A/30V（螺丝压线柱接口）6 路 RS-232/422/485 通讯口（D-9 接口）3 路扩展槽，支持 CRESTRON 所有 CNX 系列扩展功能插卡300Mb/s 平行通讯1 路扩展槽，支持 CRESTRON C2ENET 系列网卡1 路 RS-232 编程用通讯口（DB-9 接口，前后板各一个）1 路CRESNET总线通讯口（螺丝压线柱接口，可经网络加速器扩展）内置网络服务器、地址译码器、路由器和防火墙安全保证动态、静态 IP 地址，全双 TCP/IP、UDP/IP完全兼容已有的 CRESTRON SIMPLWindows 和 SIMPL+ 实时、抢先多任务操作状态显示、报警显示 LED 功能240 字符使用菜单 LCD 显示三通道被动立体投影显示系统方案建议书 Page 17 of 20 工作电源AC 100-250V/2.3A（50/60Hz）通用电源外形尺寸（厘米） 48.2 宽8.8 高24.6 深重量3.3kg2.2.7. 无线触摸屏 ST-1700CSmarTouch ST-1700C 采用了经济有效的单向无线设计，同时也保留了高端触摸屏所拥有的卓越性能。同快思聪双向 SmarTouch触摸屏一样，ST-1700C 也采用了 5.7”有源阵列触摸屏幕。强大的 Isys图像引擎以及 Synapse图像绘制算法，使 ST-1700C 在一个轻巧的触摸屏内提供了卓越功能，清晰、整洁的不同字型和文本、高分辨率图像、3D 效果、动画等功能加以支持。在不具备双向通信的情况下，采用内置逻辑模拟提供按钮反馈。2.3.系统的功能特点2.3.1. 灵活的显示模式本显示系统能提供两种演示模式：1)大屏立体模式。6台投影机采用边缘融合无缝拼接技术，形成一个连续、无缝的宽屏立体显示画面，极具震撼效果。2)多窗口模式。用于分屏显示，例如照片、PPT 文档显示、多媒体演示。2.3.2. 高品质的画面质量这主要得益于挪威ProjectionDesign 公司专利的技术和产品。F1+是 PD公司专门为仿真和虚拟现实应用设计和定制的第二代高性能单片 DLP 投影机，能够提供优异的色彩一致性和还原性。2.3.3. 高度的可靠性F1+投影机可以适应7X24的长时间开机。3DP公司的边缘融合/几何校正计算机UTM三通道被动立体投影显示系统方案建议书 Page 18 of 20 经过近十年的发展，已经成为非常可靠、稳定的产品。MultiView 2000 是美国 RGB 公司军工级产品，这些都保证了整个系统的安