明星大侦探中像镜子一样的黑板(投影仪的亮度与分辨率到底有何猫腻？一文看懂投影的成像和光源)

Posted 2023-05-28

篇首语：学如逆水行舟，不进则退。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了明星大侦探中像镜子一样的黑板(投影仪的亮度与分辨率到底有何猫腻？一文看懂投影的成像和光源)相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

明星大侦探中像镜子一样的黑板(投影仪的亮度与分辨率到底有何猫腻？一文看懂投影的成像和光源)

作为一名略懂投影的博主，经常会收到私信，询问投影仪购买的相关事宜。我发现相比于手机、电脑这些参数指标耳熟能详，人云亦云的快销产品。投影仪的各项技术原理、性能指标大家都还不甚了了，能知道一个分辨率和亮度都已经算是入门了，要是能分清楚 DLP 和 LCD 技术绝对算是“资深玩家”了。今天我们就先来聊聊投影的成像技术及光源。

一、投影仪该怎么选？我们先来聊聊成像技术及光源

（一）投影仪的成像技术：单片LCD、3LCD、DLP

相信跟我一样的 90 后童鞋都看到过学校里面的「白昼幻灯机」吧，彼时老师将自己做的透明幻灯片放在强光源下，利用顶部的镜子再将画面折射到黑板上，成为那个时候为数不多的“黑科技”，通过这种方式的每日一练，让我刷了不少的数学题，在数学科目上一骑绝尘。

投影仪的成像原理也是类似的，就是通过强光源照射在图像的显示原件上面，透过镜头投射到幕布上，主要利用的是光的折射和散射。当代的数字投影就把老师的幻灯片换成了显像的 DMD 芯片 or LCD 液晶面板。

目前主流的成像技术有三大类：单LCD、3LCD、单 DLP，我们常见的 LED 微投往往采用了单 DLP 技术，而且传统灯泡投影机则多见于 3LCD 技术，而单 LCD 往往就是那些定价低廉，聚集在千元以内的入门级产品。

❶ 【单 LCD 技术】

单片 LCD 面板技术，其成像原理是利用光源投射到单片 LCD 液晶上，通过液晶独立控制每个像素中的红绿蓝各个部分的明暗，经过合成得到彩色的图像。

❷ 【3LCD 技术】

3LCD是 3 liquid crystal display 的简称，即投影机核心成像部分包含分光镜和三片独立的 LCD 面板。分光镜把光源发出的白色光拆分成红、绿、蓝三原色，在借由三块液晶面板分别显示一种颜色。每一片液晶面板上均拥有百万个晶体，通过配置开闭以及半开半闭的晶体状态来透过光线，让像素点显色。最后通过棱镜组合红绿蓝三原色就能够籍此呈现特定画面。

❸ 【DLP 技术】

DLP 则是Digital Light Processing（数字光线处理）的缩写，早期的 DLP 的成像原理是白色光源透过红、绿、蓝色轮轮流打到 DMD 芯片上。由于色轮是旋转显色的，因此每种颜色的呈现需要一定的时间，转速够快就足以利用人眼的视觉残留现象呈现彩色画面。

因为单 DLP 技术存在的问题，所以又衍生出了 3DLP 的方案，用上了三块 DMD 芯片，结构更加复杂，成本也是数量级的增长，售价在几十万到上百万不等，这就不是我们所要覆盖的消费级产品了。而另一种改良的技术路线就是从光源着手，将白色光源改为三色 LED 光源，不再需要色轮的介入，直接规避了色轮所带来的问题。

❹ 【总结一下】

「LCD 技术」：优点是成本低，光机小，由于原理简单加上 LCD 屏幕廉价可得，很多人自己都能 DIY。劣势就是成像质量比较差，色彩不够鲜艳，开灯观影效果差，常见于数百到千元级的入门投影，目前极不推荐考虑。
「3LCD 技术」：优势是以在同一时间显示红、绿、蓝三种颜色，即色彩亮度=白色亮度，也能实现100%色占比，色彩亮度更高。缺点是模组构成较为复杂，产品体积较大较重，对散热设计和成本要求更高，开放式设计有进灰风险，常见于灯泡投影机。
「单 DLP 技术」：优势在于画面对比度更高，像素排列紧密，同时机身尺寸可以做到更小，成本更低，且使用寿命更长。常见于 LED 微投和激光投影。缺点就是同一时间仅能显示一种颜色的，会存在一定的光能损失，拍照录像会发现有彩虹纹和频闪问题，但人眼普遍发现不了。目前已经拥有 3DLP 技术可以规避此类缺点，但价格仍然较高，需要逐步推广。此外在极米为代表的三色 LED 投影身上，取消了色轮组件，所以也规避了以上缺点。

IDC 中国发布的《2022年第二季度中国投影机市场跟踪报告》显示：目前头部的 5 家投影机品牌有 4 家 DLP 技术 + 1 家 3LCD，这也从侧面说明 LCD 技术的低端品牌十分分散，而 DLP 和 3LCD 技术的品牌更加聚焦。

（二）投影仪的光源：传统光源、LED、激光光源

投影的画面亮度的色彩，不仅由成像技术决定，也会被光源所影响。

市面上在售的投影仪光源，可以分为传统光源、LED 光源和激光光源，三者各有优势，也存在缺憾。

❶ 【传统光源】

传统光源是最为常见的一种投影仪光源，伴随着灯泡百年发展历史，目前技术已经非常成熟。比如大家经常在教室里、会议室里看到的灯泡投影仪广泛采用这项技术。目前传统光源主要可以分为金属卤素灯、UHP 和UHE（超高压汞灯泡）、氙气灯等高压气体放电光源。

「金属卤素灯」：金属卤素灯属于最低端的传统灯源技术，虽然灯泡成本较低，但使用寿命往往只有 1000-2000 小时不等。同时长期使用亮度会出现衰减，会使图像变暗变黄，如果频繁更换灯泡，使用成本也会攀升，目前已经告别主流光源。
「UHE 灯和 UHP 灯」：UHE 灯和 UHP 灯同属于超高压汞灯，它们都具有亮度高、衰减低，性能稳定的特性。不过 UHE 的成本较低，寿命适中（5000 小时），多用于中低档投影仪。而 UHP 的亮度更高，寿命持久（6000-12000 小时），但成本也相应增加，主要面向高档投影仪。
「氙气灯」：氙气灯是经过高压震幅激发石英管内的氙气电子游离，在两电极之间产生光源，产生的光芒类似于白色太阳光，光线色温值提高了很多。它工作时仅需3.5A电流量，亮度是传统灯泡的三倍，使用寿命更是长了十倍。因为定价高昂，往往只会用于高端影院。

❷ 【LED光源】

目前市面上家用投影所采用的 LED 光源与我们生活中常见的 LED 照明灯泡有很大区别，投影使用的是定制的高功率 LED 光源，而且通常是由红绿蓝三种不同颜色的 LED 光源共同构成投影光源，成本较常见的 LED 照明灯泡高出几十倍都不止，主要供应商有欧司朗，OSRAM OSTAR® Projection Power 系列就是专门用于投影当中使用的。

由于 LED 光源的家用投影采用的是原生的红绿蓝三色 LED 进行的混色，所以理论上是可以轻松覆盖 sRGB 色域。目前市面上采用 LED 光源的主流家用投影，可以达到 90-98%的sRGB色域覆盖，这是同价位单色激光投影都所不能及的色域表现。

而且，早期受限于 LED 光源的技术限制，被广为诟病的 LED 光源投影亮度低的问题，随着近些年技术发展和大功率的 LED 光电半导体普及，如今 LED 光源的家用投影亮度已经突破了3000ANSI 流明，可以和传统灯泡投影机掰手腕了。

❸ 【激光光源】

如果说 LED 光源是投影仪的当下，那么三色激光光源就是未来了，因为三色激光光源最大的优势在于亮度和色彩，高品质的三色激光光源亮度会远超目前 LED 光源和传统光源。

同时，激光光源可以根据需要直接挑选所需特定波段的红、绿、蓝三色激光发生器，全色激光光源可以达到 100% BT.2020 色域覆盖，这已经超过了 OLED 电视和 QLED 电视色域所能覆盖的极限，所以在潜力方面十分巨大。但是需要注意的是，以上都仅仅是理论，事实上现在的激光光源应用仍然存在很多未能解决的问题。

市面上的激光光源产品主要有三类：单色激光、双色激光、全色激光（三色激光）。

「单色激光（蓝）」：利用单一蓝色激光激发荧光色轮/滤光片上的黄色和绿色荧光粉，然后通过棱镜分出红、绿、蓝三色光，最终组合形成其他颜色，然后透过滤光片对颜色进行提纯。因为单色激光本身不具备红光、绿光，仅仅只有蓝光，导致单色激光投影无法做到色彩和亮度两全。如果要想发挥出激光的亮度优势，就必须去牺牲三原色的色纯度。如果追求单色激光的色纯度，又会降低激光的亮度和色域覆盖。

「双色激光（蓝+红）」：在蓝色荧光粉色轮光源中注入红色激光，亮度有明显效果，还可以显著改善单色激光红色不足的问题。

「全色激光（蓝+红+绿）」：全色激光采用RGB三基色全色光源，分别照射到DMD芯片上，最终利用视觉暂留现象合光形成需要的颜色。全色激光结构更加复杂，价格高昂，普遍只有数万元乃至几十万元的超旗舰级投影仪才会选用三色激光灯源。

它的超高亮度和色彩表现，能够应用于电影院、工程等专业领域，比如在激光 IMAX、杜比视界激光影院中都能给观众带来出色的体验。

除了成本较高外，全色激光还有两方面短板：一方面，由于激光的相干性，会存在散斑问题，也就是画面上会有重影出现，影院通常都会采用主动震动银幕来消除激光的散斑，家用环境难以解决。

另一方面，受限于成本问题，消费级全色激光投影通常会选用成较低的低功率光光源，所以亮度优势并不明显，仅仅是发挥出了三色激光的色域覆盖优势。

❹【总结一下】

「传统光源」：优点是技术相对成熟，同时适用面广，亮度出色，往往能达到 3000 流明以上，色彩还原度较高。但同时也存在着功耗噪音大、发热量高、灯泡寿命短、光衰快，维护成本较高的问题。
「全色 LED 光源」：优点是色域覆盖较高，光色好，色彩还原度较高，同时功耗发热低，可靠性强，使用寿命长。缺点是成本较高，同时亮度表现参差不齐，中高端 LED 投影能够逼近2000-3000 ANSI 流明，低端 LED 投影甚至能跌破百。
「单色激光光源」：单色激光虽然成本稍低，但为了保证一定程度的亮度优势，就不得不牺牲色彩，导致色域偏低，显示画面偏色，反而不如三色 LED 光源投影的画质。
「双色激光光源」：双色激光增加了红色激光，带来了更好的亮度优势以及画面效果，缺点是成本高于全色 LED 和传统光源。
「全色激光光源」：全色激光光源算是目前市面上最为成熟的家用投影解决方案，但是奈何成本太贵。而且现阶段的消费级三色激光电视存在散斑问题，画面中线条会有重影等问题，仍然不是家用最佳的选择，不过未来可期。

❺ 【从光源的综合能力来看】

三色激光＞双色激光 ≥ 全色 LED投影 ≈ 传统光源＞单色激光。对于普通消费者而言还需要考虑到成本和后期维护问题，所以在品类匹配方面，建议:

「家用智能投影」：单 DLP 技术 + 全色LED光源
「商用教育投影」：3LCD 技术 + 传统光源
「高端投影玩家」：双色激光
「顶级投影玩家」：全色激光

二、投影仪标称的亮度与分辨率到底藏了多少奥秘？

第二个部分相比前面内容要更容易理解一些，毕竟投影仪的亮度、分辨率相信大家都经常听到，但其实内部有着非常多的奥秘，这里来教你像个内行人一样看门道。

（一）亮度 & 色彩亮度

❶ 【亮度】：ANSI、ISO、CCB

亮度一直是衡量投影仪性能最重要指标之一，亮度低的投影往往只能在全黑环境使用，而亮度高的机器可以允许环境光的存在，甚至可以在白天使用。目前在投影行业中，亮度虚标问题比较突出。而且不乏喜欢用光源的流明来宣传的奸商，流明是物理学上的光通量单位，同投影仪的亮度不能混淆。

「ANSI 标准」：目前市面上最普及的便是由美国国家标准化协会规定的ANSI 流明标准，因其测试过程相对简单，普及度更高。：

“ANSI流明的测定环境要求投影机和幕之间的距离为2.4米，幕的尺寸为60英寸，照度计测量屏幕上九个点的照度，并算出平均值。将平均值乘上投影画面的面积就得出ANSI流明。”

ANSI流明标准本意是帮助消费者选择产品的重要依据，却因为缺少家用场景下的限定条件，被部分厂商利用漏洞，变成了博取用户信任的工具。“唯亮度论”的数值内卷造成了标称与实际的巨大差距。比如某些投影标注的是 ANSI 亮度，但确是在激发了高亮模式下所测得的，该模式下画面会出现明显的偏色，无法正常观影使用，更像是手机厂商里面的“跑分模式”，实际观影中并达不到该ANSI亮度。

「ISO 流明标准」：ISO 流明标准，属于后起之秀，在九点测试法的基础上，加入了对投影机的亮度、灯泡功率、噪音等环境要素的限定，同时对量产机型也有要求，因此 ISO 流明标准可靠性更高一些。因为测量限定条件严格，主要还是被 3LCD 灯泡投影机采用。

「CCB 流明标准」：极米这样头部投影品牌也认知到了 ANSI 标准存在的问题和漏洞，逐步推出自己的亮度标准——电影色彩亮度标准（Cinema Color Bright，量化单位 CCB 流明）。CCB 流明将测试点位从传统的白场 9 个点位提升到了红绿蓝三色的13个点，特别增加了4个角的测试点：ANSI 亮度和 ISO 亮度的9点测试所避开的画面四角。避免因为有画面暗角，却无法体现在画面亮度上的问题，CCB 流明可以真实反应画面整体亮度。

❷ 【色彩亮度】

当下，相信大部分消费者已经认识到投影亮度的重要性了，但因为 ANSI 标准存在一定的局限，让容易被部分厂商利用测试漏洞，仅追求白场亮度而忽视色彩。所以投影厂商意识到还需给消费者普及「色彩亮度」的概念。

「白场亮度」：关注的是投影的峰值亮度，指标只关注画面是否够亮，忽略了不同颜色的占比。在ANSI标准下，亮度测试时仅要求测试白场下的亮度，导致的结果是可能白色画面下亮度数值很高，但显示丰富色彩的画面时，亮度就会断崖下降。

「色彩亮度」：色彩亮度（Color Light Output，简称 CLO），关注的是红绿蓝三色的光输出的占比，它关系到画面色彩明度和通透程度的高低，差距如上图所示。测试方法为：在 3 个由红绿蓝三原色色块组成的彩色画面上，分别测量 9 个区域（标准点位）的照度值，将照度平均值乘以投影面积得出当前画面的照度，然后将三个画面的照度取平均值，即得出色彩亮度。

目前色彩亮度检测已纳入由中华人民共和国工业和信息化部发布，由中国电子技术标准化研究所编制、发行的《电子投影机测量方法（SJ/T 11346-2015）》，成为评测投影机性能的重要指标，未来将会有越来越多的投影仪会加入。

极米的 CCB 亮度标准也兼顾到了色彩亮度，不过测试方法有所不同，极米采用的是对红、绿、蓝分别测试 13 个点位照度进行测试，将照度平均值乘以投影面积得出当前画面的照度，然后将三个画面的照度取平均值，即得出电影色彩亮度 CCB 标准。

在 CCB 标准下，只有当色占比（色占比=色彩亮度/白场亮度）达到 100% 时，才是符合该标准的投影产品。

除了色彩亮度外，极米 CCB 电影色彩亮度标准还加入了对 D65 色温和 Rec.709 色坐标要求。因为有的厂家也会靠牺牲色准和色温来提高亮度测试结果。

❸ 【总结一下】：

「ANSI 亮度标准」：普及率最高，但漏洞最多，目前逐步被取代。
「ISO 亮度标准」：更加苛刻的国际通用标准，更适合于传统灯泡电影机。
「CCB 电影色彩亮度标准」：极米推出的家用投影亮度新标，关注色彩亮度而非白场亮度，强调 100% 色占比、D65 色温以及 Rec.709 色坐标规范。

（二）LCD 液晶面板与 DMD芯片

前面我们聊完亮度参数，接下来看看硬件部分。投影仪当中最重要的硬件是光机，而光机当中最核心的部件是投影芯片，3LCD 投影的成像靠 LCD 液晶面板，通过控制像素的透光率来实现明暗调节，所以液晶面板的像素点数量就是该投影的物理分辨率。

而DLP 投影用于成像的便是 DMD 芯片，DMD 芯片表面分布着密密麻麻的上百万个微型铝制反射镜面，每个微镜代表一个像素点，微镜的数量就是投影仪的物理分辨率。

每个微镜都能偏转一定的角度，以此控制光线的反射方向，偏转角度越大，图像的对比度越高，偏转速度越快，图像的延迟越低。DMD 芯片的尺寸和微反射镜的数量决定了画面的清晰度和色彩效果。

理论上讲 DMD 尺寸越大，投影的画质往往会越好，但是这里面也存在一个非常大的误区。事实上同样尺寸的 DMD，种类型号繁多，单凭 DMD 芯片的尺寸并不能完全评判出一个投影的好坏。

下图盘点了市面上主流投影所采用的各种尺寸 DMD 芯片中存在的 DMD 芯片型号。可以发现单一个 0.65 吋 DMD 芯片，就有 800P 和 1080P 之分，所以说 0.65DMD 芯片虽然大，但是如果采用的是 DLP650LE 芯片，其清晰度还比不上一颗 0.47 吋 DMD芯片，甚至是一颗 0.33 吋 DMD 芯片的投影。

所以在选购投影时，我们不能完全以 DMD 芯片的尺寸来判断分辨率，而是要去探究这台投影到底采用的是什么型号的 DMD 芯片，再来做出判断。以下是一张 2021 年 DMD 芯片的性能天梯图，大家可以根据这张图来判断，一台投影所采用的 DMD 芯片性能表现以及最终它可能的画质表现（【注】：因为 DMD 芯片只是决定了一台投影画质的基础，而最终画质的还好，是取决于光机的设计，以及最终光机量产时的品控表现）。

一般来说，DLP 投影仪的芯片主要有以下几类，分别对应了从低到高的投影配置，所以大家在选购时一定要擦亮眼睛。

「入门」：0.23 吋的 DMD 芯片（微镜数量：960×540）
「中端」：0.33 吋的DMD 芯片（微镜数量：1280×720）
「高端」：0.47 吋的DMD 芯片（微镜数量：1920×1080）
「旗舰」：0.65 / 0.66 吋的DMD 芯片（微镜数量：2716×1528）

当有的同学看到4K 投影仪为啥也使用了 0.47 吋的 DMD 芯片而纳闷时，这就要给大家科普一个新概念了——「XPR（像素位移技术）」：

“通过XPR像素移位功能，让微镜以高速频率顺时针在四个方向上进行水平和垂直位移，进而实现4K分辨率。0.66 吋 DMD 芯片需要以 120Hz 的频率在对角线位移（1次），而 0.47 吋 DMD 芯片则需要以 240Hz 的频率在四个方向上进行水平和垂直位移（2次）”

而 3LCD 也是采用了类似的技术，不过抖动的不是 DMD 微镜而是将 1080P 分辨率的 LCD 液晶面板向对角线移动 0.5 个像素，以获得垂直和水平分辨率的翻倍，最终实现分辨率的翻倍，达到 415 万像素，不过相比于真正以上的 4K（830 万像素）还有一定距离，所以算是准 4K 的效果。

从最终的效果来看，抖动之后的画面细腻程度确实要好于原生 1080P，不过相比于原生 2160P 仍然存在细微的差距，其中 DLP-抖 4K 的效果还是要略好于 3LCD-抖 4K，毕竟抖动次数更多一些。虽然理论上 0.66 吋 DMD 芯片的 4K 投影仪成像效果更好，不过也伴随着更大的功耗和发热问题，所以就看用户如何取舍了。

以上就是想跟各位分享的内容了，感谢大家的耐心观看。文章尽可能地涵盖了投影的常见知识，所以整体篇幅比较长，也可能存在一些谬误，还请各位读者多多包涵，欢迎在评论区互动。我是Geek研究僧，我们下期再见。