邊緣融合

邊緣融合技術分為純硬體邊緣融合（單片機原理）、軟體融合（GPU）、集成式邊緣融合伺服器（集融合矯正、布局視窗、信號輸入、中央控制等功能為一體），主要技術特點是將多台投影機投射出的畫面進行邊緣重疊，並通過融合圖像技術將融合亮帶進行幾何矯正、色彩處理，最終顯示出一個沒有物理縫隙，並更加明亮、超大、高解析度的整幅畫面，畫面的效果就象是一台投影機投射的畫面。

基本介紹

• 中文名：邊緣融合

發展歷程

第一代：簡單的圖形拆分器

功能上能實現把一個信號切成幾個部分，使不同的顯示器組成一個完整的大畫面，沒有疊加漫遊縮放等功能。在“更大，更清楚，更多的信息”這三個要求中，由於能夠拆分信號，實現了更大的顯示面積，但解析度限制無法增加，多視窗無法開放，更清楚和更多的信息這兩個要求無法被滿足。它的套用領域被限制在DLP投影單元的內置控制器作為冗餘的方案存在，也有少數的廠家作作為一種整機來向市場供應。

第二代：工控機架構

能夠輸出更高的解析度，也可以實現更大的顯示面積，但是受工控機PCI匯流排的限制，在多信號同時顯示方面存在缺陷，多輸入信號時的顯示受限，各種信號類型之間的疊加也有限制，在“更多的信息”的這個要求上存在缺陷。同時很難利用現有硬體的運算能力。在此平台搭建的融合控制器，由於計算能力受限，大部分是通過幾台設備實現 圖形處理，數據發生，邊緣羽化等功能。此平台有關的速度慢，穩定性的問題在融合控制器上依然有體現。

第三代： 對於工控機的缺陷，在技術發展上出現了兩種流派
基於工控機平台，採用卡間直連或匯流排改造的方式來實現。基於嵌入式構架，純硬體平台，採用圖像處理與信號發生分離的方式來解決，這一技術曾經一度成為潮流，但是由於嵌入式構架下，硬體能夠實現的功能相對有限和固定，其功能可拓展性和使用靈活性都受到很大的限制，處理能力相對有限。這兩種技術在更大，更清楚，更多信息這三個方面都能滿足客戶的需求，但仍然不能滿足市場的需求。

第四代： GPU構架融合伺服器
通過Cg技術和Cuda硬體設計構架，開發了GPU超強的運算能力，處理速度達到傳統硬體的100倍以上。使用PCI-E匯流排，極大提高了數據傳輸速度（為PCI匯流排的240倍），可以做到幾乎無延遲的處理任何數據和媒體內容。INFOPLAY技術運用光學了調整組件和黑亮度補償模組，解決投影儀存在的黑亮度問題。基於眾多球幕項目可以處理任何異性曲面（包括非規則曲面）。

隨著顯示技術與控制技術的不斷融合和發展，在高端的工程領域，通過拼接而成的大螢幕圖像顯示得到了廣泛的套用，它所帶來的超大畫面、多屏顯示以及清晰、逼真的顯示效果使得監控、安防、會議、模擬仿真等領域的工作效率得到大幅改善，同時促進了這些行業技術水平的快速進步。

邊緣融合技術

邊緣融合為多台工程投影機或光機顯示映像互動融合融合邊緣的圖像幾何校正與色彩一致處理的一種技術，由於它的技術處理使多台投影所互動拼接成的顯示畫面，比普通的標準投影畫面解析度及顯示尺寸更大、更寬，並且更多的處理顯示內容。

邊緣融合技術以前一般用於專業領域的虛擬仿真、系統控制和科學研究，近幾年來開始向展覽展示、工業設計、教育培訓、會議中心、監控中心等領域發展。

未邊緣融合前圖像

邊緣融合後

發展階段

邊緣融合投影技術經歷了三個發展階段：

硬邊拼接(又稱簡單拼接)：

硬邊拼接

即兩台投影儀的邊沿對齊，無重疊部分。顯示效果上表現為整幅畫面被一道縫分割開。如果投影儀邊緣未做亮度增強處理，該接縫顯示為黑色；如果投影儀邊緣做了亮度增強處理，該接縫顯示為白色。

簡單重疊：

即兩台投影儀的畫面有部分重疊，但沒有作淡進淡出處理，因此重疊部分的亮度為整幅其餘部分的2倍，在顯示效果上表現為重疊部分為一亮條。

簡單重疊

邊緣融合：

與簡單重疊方法相比，左投影儀的右邊重疊部分的亮度線性衰減，右投影儀的左邊重疊部分的亮度線性增加。在顯示效果上表現為整幅畫面亮度完全一致。

邊緣融合

選用融合原因

邊緣融合的套用

邊緣融合的套用來源於軍隊模擬仿真/立體影院系統。追求亮麗的超大畫面，純真的色彩，高解析度的顯示效果，歷來是人們對視覺感受的一種潛在要求。大到指揮監控中心，網管中心的建立，小到視頻會議，學術報告，技術講座和多功能會議室的進行，對大畫面，多色彩，高亮度，高解析度顯示效果的需求越來越強烈。

迅速崛起的數位化邊緣融合大螢幕顯示技術，正在逐步適應這一需求。隨著投影顯示技術的不斷發展與創新，以及人們欣賞水平的提高，超大畫面，高亮度，以及更高解析度顯示便成為市場的迫切需求。

邊緣融合的特點

• 增加圖像尺寸，畫面的完整性

很明顯，多台投影機拼接投射出來的畫面一定會比單台投影機投射出來的畫面尺寸更大。

鮮艷靚麗的畫面，會帶給人們不同凡響的視覺衝擊，而如何消除畫面拼接的光學縫隙呢？邊緣融合技術使這一問題迎刃而解。這種技術的出現，更大程度上保證了畫面的完美性和色彩的一致性。

完整畫面的優點也不需要過多的陳述，因為完美畫面的顯示對於欣賞者而言總是一目了然。

• 增加圖像亮度

當一台投影機的投射尺寸被放大時，圖像亮度就會降低，而用多台同樣亮度的投影機拼接投射出相同大小的圖像時就可以保持畫面原有的亮度。

• 增加解析度

每台投影機投射整幅圖像的一部分，這樣展現出的圖像解析度就被提高了。比如，一台投影機的物理解析度是800*600，三台投影機融合25%後，圖像的解析度就變成了2000*600

• 超高解析度

利用帶有多通道高解析度輸出的圖像處理器和計算機，可以產生每通道為1600*1200象素的三個或更多通道的合成圖像。如果融合25%的象素，可以通過減去多餘的交疊象素產生4000*1200解析度圖像。市場上還沒有可在如此高的解析度下操作的獨立顯示器。其解決辦法為使用投影機矩陣，每個投影機都以其最大解析度運行，合成後的解析度就是減去交疊區域象素後的總和。

• 縮短投影機投射距離

隨著無縫拼接的出現，投影距離的縮短變成必然。比如，原來200英寸（4000*3000mm）的螢幕，如果要求沒有物理和光學拼縫，將只能採用一台投影機，投影距離=鏡頭焦距*螢幕寬度，即使採用1.2：1的廣角鏡頭，我們的投影距離也要4.8米，採用邊緣融合技術後，用4台投影機投射同樣大小的畫面，投射距離只需要2.4米。

• 特殊形狀的螢幕上投射成像（比如弧形幕/球形幕）

比如，在圓柱或球形的螢幕上投射畫面，單台投影機就需要較遠的投影距離才可以覆蓋整個螢幕。而多台投影機的組合因每台投影機投射的畫面較小，所以距離也就縮短了很多。

還有一個更重要的功能是，如果只用一台投影機來投射整張弧形幕，則很難聚焦，因為弧弦距太大，很難選出一個合適的基準焦點。多台投影機就可使弧弦距縮短到儘量小，這樣就比較容易找出畫面的合適焦點。對於弧形或球形螢幕套用，使用邊緣融合技術後對圖像解析度，明亮度和聚焦效果來說是一個更好的選擇。

• 增加畫面層次感

由於採用了邊緣融合技術，畫面的解析度，亮度得到增加，同時配合高質量的投影螢幕，就可以使得整個顯示系統的畫面層次感和表現力明顯增強。

邊緣融合系統與傳統拼接的差異

在超大尺寸的螢幕上顯示多個畫面內容，通常有以下幾種方法：

箱體拼接、多張螢幕拼接、整張螢幕無縫邊緣融合

在傳統的拼接方式中無論是箱體的拼接還是多張螢幕的拼接，都無法消除畫面本身存在的物理拼縫。

而在新的邊緣融合技術中，由於採用整幅螢幕，所以消除了傳統拼接存在的螢幕間的物理縫隙，從而使得螢幕顯示的圖像整幅保持完整。而採用邊緣融合處理技術後，更消除了光學縫隙，從而使顯示的圖像完全一致，保證了顯示圖像的完整性和美觀性。這在邊緣融合顯示地圖，圖紙等圖像信息時更為重要，因為在圖紙，地圖上存在大量的線條或路線等，而螢幕縫隙和光學縫隙就會造成圖像顯示污染，容易使觀察人員把顯示的圖像線條和拼接系統本身的線條誤為一體，從而導致決策和研究失誤。而通過邊緣融合處理，就可以避免出現這種情況。

拼接後圖像例

邊緣融合顯示圖例

在邊緣融合拼接系統中，所有圖像都經過邊緣融合處理器進行了校正和統一，這樣在大螢幕上進行圖像顯示和切換時，無論切換什麼格式的圖像，整個螢幕的亮度，色彩，鮮艷度，均勻度都比較一致。

由於在處理器中對投影顯示圖像進行了處理，可以對不同投影信號間的色差，亮差，均勻度進行調整，這也使得該系統顯示的圖像質量更完美。邊緣融合圖像處理器除了具有邊緣融合和圖像多畫面處理功能外，還有圖像存儲和調用功能，可以把本身存儲的高解析度圖像直接作為大螢幕系統的背景進行顯示，這在實際使用中非常具有實用價值。

融合的方式

在實際套用中通常會有以下四種方式：

亮度的疊加提高

某些套用場景中，經常出現單台亮度較高的投影機價格昂貴，成本無法接受，而套用邊緣融合技術，可以將兩台甚至3台低亮度的投影機畫面疊加以達到高亮度投影機的畫面顯示效果。

2排3列 疊加融合投影

寬視角的排列

多台投影機水平排列組合可以打出更寬幅的畫面。隨著用戶對超大、完美顯示需求的日益增加，這種寬視角排列方式更多地套用於大型的會議中心，演藝中心，展覽館和軍事項目等。

2排3列融合投影圖

多台投影機垂直堆積產生縱向的顯示畫面

這種特殊排列的創意也逐漸被人們所欣賞，通常套用於廣告行業或一些特殊要求的現場演示會。

多台投影機堆積出更高更寬幅的超大畫面

當客戶提出更多的圖像信號源處理及更大視野顯示需求時，還可通過多台投影機融合堆積出更高更寬幅的畫面，這種套用通常在監控中心和指揮中心。

系統實施選型

工程實施

隨著融合顯示技術與控制技術的不斷融合和發展，在高端的工程領域，通過融合而成的大螢幕圖像顯示得到了廣泛的套用，它所帶來的超大畫面、多屏顯示以及清晰、逼真的顯示效果，以下為INFOPLAY大螢幕初步設計步驟：

1. 確定大概尺寸
2. 確定投影機的數量
3. 選擇投影機（確定投影機亮度，解析度，鏡頭）
4. 選擇螢幕（考慮螢幕增益，均勻度，平整度）
5. 選擇融合處理器
6. 預設軟邊融合的區域值
7. 安裝及校準螢幕和投影機
8. 調試系統及測試

結構選型

邊緣融合大螢幕系統是一套複雜的系統工程，通常組建一套完整的INFOPLAY邊緣融合拼接系統需要以下設備。

邊緣融合處理器

圖像邊緣融合處理器是實現從獨立螢幕演示過渡到多個投影機無縫寬屏演示的核心設備。

圖像邊緣融合處理器的功能全部由一台大螢幕處理器來實現和操作。如：邊緣融合，多路輸入源選擇，無縫切換，圖像處理和操作人員控制等。可滿足支持多視窗顯示，並且以無縫融合寬屏信號為背景的多畫面顯示套用。

融合伺服器外觀

處理器視頻處理包括數據複製，用以生成重疊投影區域，以及重疊圖像的邊緣羽化。數據重疊和邊緣羽化的交叉數據幅度可由用戶自主編程。

經過這個處理器進行螢幕拼接及邊緣融合處理後，整個系統可實現以下功能：

1） 多個信號輸入

根據要求，系統可配置為多個信號源輸入。對於多屏安裝，每個信號源輸入可根據安裝使用的螢幕數量被複製。

2） 多個通道輸出

比如有的處理器具有多個標準的DVI輸出，可支持任何顯示終端。對於每個輸出通道，

解析度最高可支持UXGA（1600*1200）。

3） 高級的效果控制

*視窗控制

可以根據象素精度定義視窗的位置和大小，由此來顯示視窗的輸入。

* 數字放大

在每一視窗內，均可對圖像進行所需的縮放。

* 特效控制

選擇產生奇特形狀的重疊，鏡像效果，陰影三維立體效果，淡入淡出，飛進飛出等。

* 次序控制

所疊加的視窗可以動態方式存在，用戶可決定任一視窗放置的前後次序。

* 邊緣融合

內置的邊緣融合功能和羽化特性可產生光滑的全景重疊。

* 直觀，簡潔的控制軟體

控制軟體通過友好的管理界面，數位化的處理方式，方便用戶進行信號選擇，顯示布局，畫面處理的多種管理功能。

控制端

邊緣融合器的控制端可採用電腦，控制台或中央集中控制系統。

投影機

利用邊緣融合技術的顯示系統可以使用CRT，LCD，DLP，LCOS等多種顯示技術的投影機產品。但是套用中需要注意的是：投影機的亮度，解析度，均勻度。

1　CRT投影機

CRT是實現最早，套用廣泛的一種顯示技術。這種投影機可以把輸入信號源分成R（紅），

G（綠），B（藍）三種顏色，經過發光系統放大，匯聚，在大螢幕上顯示出彩色圖像。顯示的圖像色彩豐富，還原性好，具有良好的幾何失真調整能力，但其亮度較小，另外CRT投影機操作複雜，機身體積大，只適合安裝於環境光較弱，相對固定的場所，不宜搬動。

2　LCD投影機

LCD投影機大多是三片式設計。

LCD投影機成像器件是液晶板。利用外光源把強光通過分光鏡形成R/G/B三束光，分別透射過RGB三色液晶板，信號源經過液晶板顯示在大螢幕上成像。多用於臨時演示，商務會議和教育行業。

3　DLP投影機

DLP投影技術的誕生實現了數字信息顯示。DLP技術是顯示領域劃時代的革命，它以DMD (Digital Micromirror Device)數字微反射器作為光閥成像器件。

DLP投影機的技術首選是數字優勢。數位技術的套用，使圖像能夠實現更高的灰度等級和更多的色彩。圖像噪聲消失，畫面質量穩定，精確的數字圖像可不斷再現。其次是反射優勢。反射式DMD器件的套用，使成像器件的光效率大大提高，對比度和亮度的均勻性都非常出色。DLP投影機通常分為：單片機，三片機。DLP投影機清晰度高，畫面均勻，色彩銳利，三片機亮度最高可達25000流明，可隨意變焦，調整十分便利。根據美國德州儀器發表的技術白皮書，DMD的核心壽命長達100，000小時。另外，DLP投影機還可以做到10bit數字處理，滿足寬頻視頻需求。

螢幕

1選擇螢幕的主要標準有：

背投螢幕

*螢幕的材質

*螢幕的增益以及半增益視角

*均勻度

*平整度

*解析度

*對比度

*超大無縫

在大螢幕投影系統整體資金比例中，螢幕可能只占有較少的一部分，但是對於整個系統的效果而言，卻是至關重要的，如果投影螢幕選擇不合適，就相當於整個系統設定了一個瓶頸，無論系統其他設備性能多么優良，整體視覺效果都會受到抑制，無法把系統的完美性能充分表現出來。在以前的投影系統中，由於受技術限制，投影機的亮度無法做到很高，所以為了增加投影亮度，對螢幕一般都要求比較高的增益率，但是這樣會影響對比度和色彩細膩程度。如今投影技術的發展非常迅速，投影機的亮度已經不是問題，所以對投影幕的要求中，增益率就放在了較低的位置，而主要考慮螢幕的平整度，視角對比度和均勻度。在這種套用里選擇增益是1.0（+/－0.5）的螢幕可以獲得更好的成像效果。原因是當螢幕的增益越大螢幕的視角就會越小，如果觀眾不在螢幕的正中間時很容易就看見螢幕的融合部分，這樣整體看來就顯得圖像的均勻度很差。

硬體融合廠家

INFOPLAY：基於GPU硬體融合，全智慧型化融合調試技術，最高單台設備支持5Kx5K 以上的真實分辯率顯示，多套用於高端圖像處理、應急指揮、3D立體、虛擬仿真等套用。---價格較高

3DP：插卡式硬體融合，需要windows作業系統下運行融合，主要面對飛行模擬方面套用，國際上高端產品；----價格很高
博睿：融合為嵌入式融合，無作業系統，開機只許3秒鐘；調試複雜，調試後效果完美，國產里的高端產品；----價格較高

創凱：融合為嵌入式融合，無作業系統，開機只許3秒鐘；調試較為複雜，調試效果不太理想，國產內的中低端產品；---價格較高

中旭信達：GPU硬體融合，類似於3DP產品有windows作業系統，調試簡單靈活，效果完美，適用於展覽館、會議室、虛擬顯示、飛行模擬等，國產內的中高端產品。---價格較高

睿通訊達：融合器為分散式融合器，無作業系統，開機小於3秒，調試複雜，調試後效果完美，是2012年業內推出的網路版新產品，特色比較鮮明----價格較高

浩騰和潤：純硬體嵌入式架構，無作業系統，即開即用，調試採用相機掃描方式，調試完畢畫面無色差。調試過程全自動，無需人工參與。----價格居中

軟體融合廠家

WATCHOUT：國外品牌，主要套用在舞檯燈光場所較多，需要配備專業的伺服器------價格較高

中旭信達：Meger邊緣融合，雖為國產融合，但是可以達到WATCHOUT的完美效果，調試簡單方便，使用靈活，支持各種擴展套用；可以套用在戶外投影，展覽展示，異形投影，穹頂顯示，3D立體、會議套用等------價格適中　
coolux：國外產品，次產品功能強大；可以做各種特效處理，主要套用於廣電領域-----價格很高

匯融視景：專注於GPU邊緣融合的研究與GPU科學計算，主導十分鐘打造效果超凡的桌面融合系統，屬於專業級供應商----價格較高

浩騰和潤：基於顯示卡GPU圖形處理核心開發，不占用CPU資源，調試簡單快速，支持投影色差調節，支持windows全平台運行。廣泛套用於仿真、會議等環境。性價比高。----價格居中