Использование мультимедийной и интерактивной техники при обучении информатике учащихся основной школы

Данную технологию выделяет непревзойденное качество изображения. Четкость, достоверность цветопередачи  без дополнительных алгоритмов цветокоррекции (необходимых в других технологиях), глубокий уровень черного, широкий диапазон разрешений при отсутствии искажений, низкий уровень шума и длительность непрерывной работы (более 10 тыс. часов) делают такие проекторы достаточно привлекательными.

Тем не менее, эти преимущества влекут за собой ряд недостатков, к которым следует отнести чувствительность к демонстрации статичных изображений, что может сократить срок службы ЭЛТ до 1000 часов. Следующим весомым недостатком может стать сложность в настройке проектора - сведение цветов, установка баланса белого, что требует квалифицированных специалистов. Отметим, что при замене вышедшего из строя элемента, изменении местоположения проектора или типа проекционной поверхности, такие настройки необходимо проводить заново.  Увидеть по-настоящему качественное изображение возможно только при отсутствии освещения - при световом потоке 100-800 ANSI лм, CRT-технология проигрывает по яркости остальным. Большие, нежели у остальных, габариты и масса делают такие проекторы стационарными устройствами. Ко всему этому следует добавить высокую цену (в среднем, около $20 тыс.).

Технология LCD

В мультимедийных проекторах, построенных по этой технологии, роль формирователя изображения выполняет LCD-матрица просветного типа. Изображение  на LCD-матрице формируется таким  же образом, как и в обычных ЖК-дисплеях. Технология основывается на свойстве молекул жидкокристаллического вещества менять пространственную ориентацию под воздействием электрического поля.  Таким образом, появляется возможность контролировать прозрачность каждого элемента, а соответственно, и излучаемый им световой поток. Достаточно часто для усиления светового потока на каждый пиксель матрицы устанавливается микролинза, направляющая проходящий свет в прозрачную область.

В современных LCD-проекторах применяется комплекс из трех жидкокристаллических просветных матриц размером 0,7-2". Световое излучение лампы преобразуется в равномерный световой поток, и выделяются три составляющие пространства RGB, которые посредством дихроичных зеркал направляются на соответствующие им ЖК матрицы. Сформированные ими изображения мультиплексируются в призматическом блоке, и далее полученный световой поток проходит через линзу, проецируясь на внешний экран.

Такие проекторы отличают небольшие размеры и достаточно высокая яркость (до 10000 ANSI лм). Благодаря фиксированной матрице, проецируемое изображение обладает практически идеальной геометрией, а согласно принципам функционирования, они адаптированы для воспроизведения мультимедийных сигналов от компьютерных источников. Для воспроизведения нестандартных разрешений применяются специальные алгоритмы преобразования.

Согласно методам изготовления LCD-матриц, в недорогих и старших  моделях проекторов на внешнем экране возможно появление различимой сетки, "мертвых" пикселей. Также к  недостаткам можно отнести обязательное активное охлаждение и, для некоторых моделей проекторов, применение вентиляторов определенных вендоров, которые, в свою очередь, могут быть достаточно шумны (в районе 50 дБ). Среднее время непрерывной работы составляет 2000 часов, после чего требуется замена лампы - достаточно дорогого компонента, стоимость которого иногда составляет более половины стоимости проектора.

Технология DLP.

Согласно следующей  технологии, изображение, проецируемое на экран, формируется посредством компонента DMD (Digital Micromirror Device).

Такой формирователь  представляет собой набор огромного  количества управляемых микрозеркал, расположенных на кремниевой пластине. Этот набор определяет разрешение, воспроизводимое проектором, - каждое микрозеркало отвечает за работу конкретного пикселя. Принцип действия DMD-чипа подобен функционированию статической оперативной памяти, но в нем содержимое каждой ячейки кристалла определяет положение, соответствующего ей микрозеркала.

В зависимости от поступающего управляющего сигнала, зеркало может занимать одно из двух положений, но в любом случае отклонение от плоскости микросхемы составляет около 12°.  Таким образом, в зависимости от положения микрозеркала, поступающий на него световой сигнал либо направляется в объектив, либо в светопоглотитель. От времени, проводимого зеркалом в том или ином положении, зависит воспринимаемая яркость точки на внешнем экране.

Таким образом, выводя последовательно  составляющие пространства RGB и контролируя  время нахождения зеркал в том  или ином положении, можно получить широкий диапазон оттенков. Размеры микрозеркала составляют примерно 14х14 мкм, при этом расстояние между ними не более 1 мкм, что делает полезной 90 % поверхности DMD-кристалла, тем самым снижая потери светового потока, и позволяет достигнуть уровня 18000 ANSI лм.

DLP-проекторы могут  содержать от одной до трех DMD-матриц. В случае трехматричного  устройства световой поток лампы,  как и в LCD-проекторах, с помощью  дихроичных призм разделяется  на основные составляющие RGB, каждая из которых направляется на свою DMD-матрицу, формирующую изображение одного цвета. Дальнейшее прохождение световых потоков через линзу формирует на внешнем экране полноцветное изображение. Двухматричный проектор дополнительно оборудован вращающимся светофильтром, состоящим из двух секторов пурпурного (R+B) и желтого (R+G) цветов. В процессе работы дихроичные призмы разделяют световой поток на составляющие, при этом поток красного цвета направляется постоянно на одну и ту же DMD-матрицу, а потоки синего и зеленого цветов поочередно обрабатывает вторая DMD-матрица. Необходимость в постоянной проекции красного цвета вызвана недостаточной интенсивностью излучения красной составляющей спектра некоторых ламп.

Несколько подробней  рассмотрим одноматричные мультимедийные проекторы. Принцип их действия схож с двухматричными, с тем лишь отличием, что вращающийся светофильтр содержит три сектора с основными цветами RGB. Скорость вращения такого фильтра составляет 60 оборотов в секунду, т. е. время обновления картинки составляет 17 мс. Для уменьшения этого времени увеличивается скорость вращения фильтра, как правило, в два раза. Однако можно встретить обозначение 4x, т. е. четырехкратное уменьшение времени формирования точки. Реально это означает внедрение светофильтра с 6 секторами.

В связи этими и  другими параметрами, DLP-устройства подразделяются на пять классов:

• 1 класс - одноматричные  портативные проекторы, рассчитанные на показ презентаций в офисных  помещениях.

• 2 класс - одноматричные  проекторы, специально разработанные для систем домашнего кинотеатра.

• 3 класс - трехматричные  высококачественные проекторы для  применения в больших помещениях (кинотеатры и т. п.)

• 4 класс - компоненты для  проекционных телевизоров и видеокубов.

• 5 класс - специализированные устройства на основе рассматриваемой технологии.

В настоящее время  практически все DLP-проекторы первого  класса дополнительно снабжаются еще  одним (четвертым) прозрачным сектором - за счет этого сильно увеличивается  интенсивность свечения белого цвета, тем самым увеличивая характеристику светового потока ANSI более чем в полтора раза, однако конечное изображение теряет насыщенность. Получается ситуация, когда на формирование цветного изображения приходит световой поток с интенсивностью в два раза меньше, чем для формирования белого цвета. Это, впрочем, некритично для проведения презентаций небольших масштабов, где цветовая характеристика слайда скорее носит рекомендательный характер. Отметим, что световой поток таких проекторов без учета прозрачного сектора составляет примерно 30-50 % от заявленного.

D-ILA-технология.

Сравнительно молодая  технология D-ILA (Direct Drive Image Light Amplifier), разработанная  компанией Huges-JVC, практически первая коммерческая реализация технологии LCoS (Liquid Crystal on Silicon). Так же как и LCD-технология, D-ILA базируется на свойствах жидких кристаллов, однако вместо матриц просветного типа на основе аморфного или поликристаллического кремния, используется многослойная отражающая структура, размещенная на подложке из монокристаллического кремния. Благодаря расположению элементов схемы управления, выполненных по комплиментарной технологии CMOS за светомодулирующим слоем жидких кристаллов, появилась возможность существенно увеличить плотность размещения пикселей и увеличить полезную площадь D-ILA-матрицы (до 93 %). Отметим, что формирование элементов управления и светомодулирующего слоя может быть выполнено в рамках единого технологического процесса. Отражающие свойства матрицы определяются состоянием слоя жидких кристаллов, меняющегося под воздействием переменного электрического напряжения, которое формируется между отражающими электродами (одновременно выполняющими управляющие функции) и общим для всех пикселей прозрачным электродом. Формирование изображения происходит по трехматричной схеме, практически аналогично LCD-технологии.

 

CRT-проекторы

Преимущества	Недостатки
• Высокое качество	• Высокая стоимость
• Большая длительность непрерывной работы	• Большие габариты, вес
• Глубокий уровень черного	• Необходима периодическая  калибровка
• Практически неограниченное разрешение	• Нечеткая геометрия
• Низкий уровень шума, достаточность пассивного охлаждения	• Низкий уровень яркости
• Испытанная временем технология (более полувека)	• Не рекомендуется для  статичных изображений

 

LCD/DLP-проекторы

Преимущества	Недостатки
• Малый вес	• Относительная молодая  технология
• Стоимость	• Невысокий уровень  черного
• Прекрасно подходят для презентаций	• "Мертвые" пиксели
• Высокая яркость	• Обязательно активное охлаждение, более высокий уровень шума
• Идеальная геометрия	• Высокая стоимость  замены лампы
• Легкая настройка и  использование
• Подходят для очень  больших дисплеев

 

Так же при рассмотрении проекторов необходимо учитывать некоторые их параметру:

Типы ламп.

В современных проекторах для получения интенсивного потока света используют эффективные галогенные, металло-галидные или ксеноновые дуговые лампы. Галогенные лампы используются в проекторах небольшой мощности и имеют срок службы 50 - 100 часов (по спаду яркости на 50% за счет запыления внутренней поверхности стекла лампы). Металло-галидные лампы используются в проекторах средней и высокой мощности.

Характерный срок службы ламп составляет 1000 - 2000 часов. За 200 часов  яркость падает на 5%, за 1000 - на 20%. Стоимость  таких ламп от $300 до $600. В наиболее мощных проекторах используются ксеноновые дуговые лампы, имеющие ресурс более 1000 часов и дающие наиболее естественный цвет. Лампы UHP производят голубоватый поток света, похожий на излучаемый лампами дневного света. Они обладают компактными размерами, и потребляют мало энергии. UHP лампы, как и обычные лампочки, перегорают мгновенно, по истечению срока службы, без потери яркости со временем. Метало-галогенные лампы производят красноватый свет, похожий на свет обыкновенных лампочек, размеры их больше чем у ламп UHP, и они потребляют больше энергии. Выгорание метало-галогенных ламп происходит постепенно. Со временем производимый ими свет тускнеет, до тех пор, пока лампа окончательно не перегорает.

Важным достоинством ламп UHP является возможность их самостоятельной замены (т.е. без обращения в сервисный центр), поскольку они конструктивно защищены от неосторожного нанесения жировых пятен, смертельно опасных для проекционных ламп всех типов.

Разрешение проектора - это способность отображать мелкие детали изображения. Матрица проектора состоит из дискретных элементов, каждый из которых отвечает за отображения одной точки на экране. Обычно разрешение включает в себя две составляющие, первая - количество точек (минимальных элементов) по горизонтали, вторая - по вертикали. Точки (элементы) изображения часто называют пикселями. Чем выше разрешение проектора, тем более детальное изображение он может проецировать.

В настоящее время  максимально возможное разрешение достигает значения 1800х1440 точек.

Многие проекторы позволяют  подавать на свой вход сигнал с разрешением, не совпадающим с физическим, для  чего применяются различные алгоритмы  сжатия или расширения. При этом неизбежны искажения. Оптимальным  считается настройка компьютера на разрешение, совпадающее с физическим разрешением ЖК-матрицы или DMD-кристалла проектора.

Вертикальная частота  кадровой разверстки (vertical frequency) - это  количество кадров, во время которых  луч формирует изображение от верхней строки до нижней. Чем выше вертикальная частота, тем ниже уровень мерцания картинки.

Горизонтальная частота  строчной разверстки (horizontal frequency) - это количество горизонтальных линий отображаемого изображения, сканируемых за одну секунду. Чем выше горизонтальная частота, тем более высокое разрешение можно проецировать.

Компрессия - способность  проектора проецировать изображение  с разрешением, отличным от его реального разрешения. При компрессии в большую сторону, например в 1024x786 при реальном разрешении проектора 800x600, происходит выбрасывание из изображения некоторых "строк" и "столбцов", и последующее сглаживание получившегося изображения, с помощью специальных алгоритмов. После компрессии изображение деформируется (степень деформации зависит от разницы между реальным и компрессируемым разрешениями).

При компрессии в меньшую  сторону, происходит удваивание некоторых "столбцов" и "строк" изображения  с дальнейшей обработкой получившегося  изображения.

Угол просмотра - это  максимальный угол, с которого отчётливо  распознаётся проецируемое изображение, в случае, когда зритель смотрит на экран сбоку. Угол просмотра может быть как вертикальным, так и горизонтальным.

Уровень контрастности - это соотношение между самым  ярким и самым тёмным участками  проецируемого изображения. Чем  выше уровень контрастности, тем чётче картинка. Проекторы с высоким уровнем контрастности способны передавать мельчайшие детали изображения, например, практически незаметную шероховатость поверхностей.