来源: 如何在全日光下进行视频投影 – Blair Neal – Medium

——你不能。这是一个严重的点击诱饵标题。

我从事视听领域已有一段时间了,但仍然会收到有关白天进行户外投影的请求或问题。不幸的是,在我们发明一些超级充电的光炮或反光阴影投影仪之前,这不会很快发生。

这篇文章将更多地涉及“电子光被认为比太阳更亮需要什么?”的假设,这是一个很好的时间来说明我不是科学家“ ——这只是一个有趣的思想实验。公平警告,接下来可能会出现不止一个不准确的陈述或概念。

首先,我们需要回答“如何测量亮度?”——然后我们将假设我们需要多少亮度才能与太阳竞争。

测量光的方法有很多种,与此思想实验相关的一些方法如下:

来自维基百科的勒克斯读数示例:

要实际获得这些测量值,有几种可用的工具。我用了一个 照度计 亲眼看看这些。这些测光表主要用于摄影行业,但它们也可用于许多其他领域,从园艺到博物馆照明等。

使用照度计,我能够在 6 月的纽约阳光明媚的日子里获得 90,000 到 110,000 lux 之间的任何读数。进入树荫并获得间接光通常在 3,000 至 9,000 勒克斯之间。

简化假设

为了首先解决一些问题,有一些已知的事情我们将只做假设,或者忽略我们的计算。首先,投影仪通常以 16:9 的纵横比进行投影,这将使我们对每平方米 (1:1) 米的流明计算更具挑战性,因此无论如何这都是一个假设性的练习 -我们可以假设投影仪将覆盖一个正方形而不是一个矩形。其次,投影仪制造商对流明的构成有不同的标准(有些遵循标准化的 ANSI 流明测量)。我们也可以假设我们在这里谈论的是黑色到纯白色,因为不同的颜色对我们的眼睛有不同的感知亮度。全彩色图像可能需要更多的光线才能显得生动,而不仅仅是黑白渐变。最后,大多数投影机无法投射纯黑色,并且实际上不会在漆黑的房间中从 0 勒克斯变为全白。 (顺便说一句,Medium 将零和小写字母 O 渲染成相同的……很奇怪……o0o0o0o0)。简而言之——测量亮度很复杂,我们正在大幅简化。

在室内

好吧——别这样。如果我们有一个 1,000 流明的视频投影仪覆盖一平方米的表面积(不是很大的表面),假设我们的黑电平是 0 勒克斯,而最亮的白色是 1000 勒克斯。这给了我们一个很好的 对比度 在黑暗的房间里显示黑白之间的所有颜色。现在,让我们打开这个房间的灯,假设我们刚刚将房间内的环境照明提高到 250lux。现在我们表面区域的黑色水平从 250 勒克斯开始,而我们的白色仍然在 1000 勒克斯——我们的对比度已经下降,图像开始看起来很褪色。让我们打开房间的窗户,将亮度提高到 1000 勒克斯。现在墙面已经和我们的投影仪一样明亮了,而且真的没有黑电平的空间————我们的投影图像,即使是纯白的雪——可能是看不见的在这一点上。

对比很重要

外面的阴凉处

让我们走到外面的阴凉处,今天亮度为 10,000 勒克斯。这意味着要获得我们之前的 0-1000lux 对比度,我们必须从投影一平方米的 11,000 流明投影仪开始。我们的黑色是 10,000 勒克斯表面,我们的白色是 11,000 勒克斯投影的最亮点。在感知上,对于我们的眼睛来说,这种对比感有点难以解释,因为我们的眼睛会发生所有光学和化学变化来调整和感知这些不同的亮度水平。 10,000 lm 投影机在 1 m 平方表面的暗室中可能比相同表面积上的 1,000 lm 投影机具有更好的对比度,但您的眼睛可能很难分辨出差异。或者 10,000 勒克斯小图像的白色可能会让人感到痛苦或令人不快。

全日光

如果你还在关注——让我们移到白天。我们在沙漠中有一个平方米的投影屏幕,这是一个阳光明媚的一天,从我们的屏幕表面刚好来自太阳,亮度为 100,000 勒克斯。为了用投影仪在单平方米上达到这种亮度,我们需要一个 100,000 流明 projector.

不幸的是————这些都不存在。 ☉

The 最亮投影仪的世界纪录 位于 43,000 流明。它消耗7kW的功率。一个更标准的 20,000 流明投影仪消耗大约 3kw,看起来像这样:

巴可 FLM20 坐在公路箱上

“嗯,”“难道你不能把 2 或 3 个它们堆叠起来,然后把它们加在一起?”不幸的是,附加光不能那样工作。仅仅因为来自这些投影机的流明翻倍并不意味着它在感知上是亮度的两倍。这是因为我之前提到过,投影机通常不会将零勒克斯投影为黑色,尤其是较亮的投影机。因此,堆叠 2 台投影机并投射黑色会进一步提高黑色亮度,从而损害您的对比度。堆叠 2 台 5,000 流明的投影机可以获得大约 7,500 流明的效果,而不是 10,000 流明。

We 可以 使用标准的 20,000 流明投影仪获得 100,000 勒克斯的亮度,但只能在非常小的表面积上——仅 0.20 平方米或 20 x 20 厘米。不完全是电影院大小的屏幕。

如果我们想在 100,000lux 日光下投影覆盖普通大小的剧院屏幕怎么办?假设一个 10m x 10m 的投影表面或 ~33ft x 33ft。为了在这么大的屏幕上匹配 100,000 lux,我们需要一台能够投影的投影仪 100万流明 的亮度。我们需要再添加 50% 到 100%,以便为我们提供适当的黑与白对比度。因此,对于我们非常标准的 20,000 流明投影仪,我们的亮度仅为覆盖适当屏幕所需的亮度的 1% 至 2%。即使我们回到大约 16:9 的真实屏幕纵横比,这只会将我们的表面积减少到 10m x 10m 表面的一半多一点,并使我们进入 500,000 到 750,000 流明范围。在普通电影院中,20,000 流明的投影仪通常非常明亮,而 30 英尺宽的屏幕的表面可能会达到 400 勒克斯左右。

至于功耗和热量——我们只是(不准确地)遵循流明和瓦数的线性增长(20k 流明约为 3500W,43k 流明约为 7000W)——这意味着为我们的 100 万流明投影仪供电,我们需要大约 175000W 的权力。所有这些都取决于用于产生这种光的材料的类型——就像 LED 使用的功率比白炽灯少——尽管大多数明亮端的投影仪都使用氙气灯泡。我不确定计算明亮物体的潜在散热的正确方法,但它是 大概 亮度和温度足以熔化大多数材料,这些材料甚至可以在很小的表面积内产生、容纳和引导那么多的光。

有一些视频显示超亮手电筒确实会达到疯狂的流明(这是一个声称 90,000 流明的),但投影仪必须通过更多的光学元件才能实际生成图像,而这会消耗大量的亮度。例如,从 DLP 投影仪上移除色轮可以使亮度增加一倍或三倍。

可以采取一些措施来改善投影表面本身,使其不会吸收尽可能多的阳光。其中一些屏幕就像银色屏幕一样,可以比从上方反射的光线更好地反射来自正面的光线。灰色屏幕会有所帮助,因为它们可以减少对环境光的吸收——尤其是在与背投和尽可能多的正面阴影相结合的情况下。

LED 墙呢?

布鲁克林巴克莱中心及其巨大的环绕式户外 LED 墙在全日光下

所以……在全日光下投射到外面——可能很快就不可能了。但是 LED 视频墙呢?在一天中的任何时间点,在全光下都可以在时代广场看到它们,它们只是一堆微小的 LED。然而,投影表面旨在反射全光谱光——它反射投影仪和所有这些环境光。 LED 面板没有这个问题——它们是黑色的,旨在吸收环境光并发出自己的亮光。这意味着感知精美图像所需的对比度不需要接近投影水平。

如前所述,像 LED 墙这样的东西是用尼特而不是流明来测量的。

尼特更多地是关于表面区域的发射,而不仅仅是反射其他光。转换(比我聪明得多的人发现的)是:

1 Nit = 3.426 Lumens

iPhone 屏幕在最大亮度下约为 600-700nits。户外 LED 瓷砖每平方英尺都非常明亮——”——这些巴可瓷砖 是 5,000 尼特————或相当于每平方英尺瓷砖 17,000 流明。建议 5000+ 尼特用于户外直射阳光应用。但这甚至没有达到实际 LED 芯片本身的亮度——实际发光的 LED 的微小点。 LED 芯片的微小表面积可能接近 100,000 尼特。所以在我们看来,它看起来比黑色 LED 面板的其余部分亮得多。如果您分解 LED 面板的表面积,可能只有 4% 是实际的光点,而 96% 只是专门用于吸收阳光的黑度。这使得感知亮度远高于投射和反射的阳光。

包起来

你不能投射吸光的黑色反光子,也不能投射并与太阳竞争——如果你在外面,就用 LED 墙。

还有 专门 专为户外使用而制造的 LCD 显示器——它们还具有防风雨的优点,是适用于各种温度和环境的更好选择。

参考其他阅读:

测量与感知光

尼特与流明

尼特与流明--proAV

尼特与勒克斯

坎德拉、流明、勒克斯:方程式

理解和解释勒克斯值

手电筒声称比太阳还亮

图像中解释了流明和勒克斯

XKCD:如果地球上每个人都用激光笔指向月球,它会变色吗?

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