三色激光投影散斑可以去除吗？投影仪散斑色边问题详解 - {$web_name} 往自由空间发射球面波
最近家用投影的各异光源显示技术受到不少使用者的留意，有关该议题的研究更是一度登上了热榜。我们得知，三色激光显示技术使用到家用投影当中，存在不可避免的散斑和色散难题，它们都直接作用到使用者的盘点人工智能报道实际观看感受，且当下尚没有合适的技术从根源上去解决这些画面难题。那么究竟三色激光画面难题关乎到的原理是什么？下面摘选极米光学评测室公开的信息来一探究竟。
一、专业影院的三色激光和家用投影的三色激光的区别
三色激光技术在商用领域和家用领域的使用是有本质差异的，从作用观看舒适度的散斑和彩边两方面来看：
散斑的原理
散斑（Speckle）是一种光的衍射与干涉现象，当高相干性光源照射到银幕（墙面）表面时，粗糙表面的随机起伏会带来光相位的随机涨落，被照射表面的每个点可以看作是次级光源，往自由空间发射球面波，球面波像水波纹一样相互干涉，如下图所示，最新节目录制观察形成能量叠加或能量抵消，从而形成分散亮斑的现象。由于激光具有很高的时间和空间相干性，会呈现散斑的现象。
海外光学领域权威期刊《Optics Express》上发表的论文经由感知心理学评测察觉，当散斑对比度超过3.2%时，人眼可察觉到散斑；当散斑对比度超过4.1 %时，散斑画面会让人感受到干扰与不适。
激光散斑抑制原理
1.减弱激光光源时间相干性
光源的时间相干性和光谱宽度有关，光谱越窄，时间相干性越强。经由各异波长散斑对比度以及光的归一化函数，可以得到散斑对比和光谱宽度以及显示屏表面粗糙度有关公式如下：
由上述公式可以看出，激光光谱宽度越大，激光散斑对比度越小。假设散射表面高度规范差为250um 的一文读懂折叠屏快报显示屏，激光中心波长为450-640nm时，要使散斑对比度下降到5%以下，光谱半高宽至少为10nm以 上。而当前三色激光器由于使用半导体激光器，其单管激光器光谱半高宽小于2nm,如下图。
影院三色激光技术解决计划，是以高昂的成本为代价，定制多颗、多组、多波段的激光光源开展混合， 乃至有的高端计划是用两台独立、波段各异的激光投影混合，将激光光谱的波段扩宽来达到抑制散斑的目的。另外若干影院激光显示计划使用光纤耦合方式，将激光耦合到多个光纤束中，多个光纤中子光束附加各异的突发续集计划消息、随时间和空间转变的随机相位。经由随机相位的增多来下降激光的时间相干性，从而抑制激光散斑。
2.减弱激光光源空间相干性
空间上相互分开的光源形成两幅非相干散斑后，由于散斑强度叠加，使得散斑对比度下降。散斑对比度定义为散斑图样的强度规范差与强度平均值之比。针对N个独立散斑图样在强度上叠加，总强度的对比度C可强调为：
当各独立分量平均强度都相等时，散斑对比度公式可简化为：
而真正作用人眼观测的为复合散斑，复合散斑为人眼真实观测到的散斑大小，首要由一次散斑（客观 散斑）和二次散斑（主观散斑）组合而成。其中一次散斑是激光经过Diffuser/SLM等到投影显示屏上的散斑；二次散斑是激光经过显示屏再次散射后，经过人眼光学操控系统形成的散斑。当独立散斑图样（即一次散斑）达到一定的数量下，激光散斑对比度就首要依赖于人眼光学操控系统所能够探测到的基元数量M，修正后公式为：
其中N：统计独立散斑图样数量（一次散斑）
M：强调单位探测面上探测到的散斑的平均数量（二次散斑）
O<β<1：取决于激光器和操控系统其他作用
两者相加形成的散斑对比度抑制关系如下图所示：
M数首要是探测器成像镜头（人眼操控系统）在观察屏上的分辨基元除以投影镜头在观察屏上的分辨基元，如下公式所示：
其中Z1为投影光机投射到显示屏的距离，Z2为探测操控系统（即人眼）到显示屏的距离。在投影操控系统固定的状况下，探测距离到达显示屏距离（即观看距离）越大，M值越大，散斑对比度越小，这也是为什么影院激光显示散斑不显著的一个缘由。
3.引入显示屏抖动技术
由上述确认在人眼积分时间内形成的多幅散斑相互积分叠加抑制散斑对比度，影院经由引入显示屏抖动来抑制激光散斑对比度，使散斑呈现相似运动，在人眼积分时间内形成的多幅散斑相互积分叠加抑制散斑对比度，该计划详情见2014年专利。当前影院散斑对比度不可见的最重大缘由便是显示屏的抖动 （影片院显示屏在人眼不可觉察的范围内不断地抖动）。
家用投影的纯三色激光解决不了散斑的缘由——
基于上述三种下降散斑的方式来看：
（1）家用三色激光显示在激光器颗数远不及影院激光显示，另外家用三色激光显示的光源模组远不如影院操控系统釆用光纤耦合模组；
（2）家用三色激光显示在观影距离上无法像影院激光显示那样远距离观看，而随着观影距离的减小，主观散斑越严重；
（3）家用三色激光显示当下没有显示屏抖动解决计划，且该计划在普通家人较难做到，而显示屏抖动是影院激光显示解决散斑难题最有效的计划。所以，家用三色激光显示无法做到影院消散斑的效果。
彩边的原理
彩边（Color Fringing）现象是在一定角度下观看画面时在人眼处形成的色彩分离现象，信息边缘或投影画面边框有显著的红青色重影，人眼和眼镜均有色散，针对戴眼镜的使用者尤为显著如下图所示。
当使用纯三色激光这类窄光谱光源时，由于红绿之间没有黄色的光谱能量分布、蓝绿之间没有青色的光谱能量分布，使得原本连续渐变的彩虹色散变成完全分离开的红蓝色重影，一方面重影就如同3D显示左右视场没有完美汇聚一样，使得信息不清晰，如下图，长时间观看有眩晕感；另一方面由于窄光谱色彩饱和度高，彩边会尤其的刺眼不舒适，另外由于彩边是在人眼处形成的分离，无法经由颜色调教减小色域下降饱和度缓解彩边的作用。
家用投影的纯三色激光解决不了彩边的缘由——
彩边各异于投影光学操控系统的横向色差（Lateral Chromatic Aberration）导致的色散现象，它无法经由镜头的消色差来解决，观看角度和距离各异、人眼屈光度散光度各异人眼处观察到的彩边程度也各异，仅能经由使用宽光谱光源改进彩边。
在影院的观影生态中，看客的观影距离远、座位固定、观看角度固定，所以彩边不显著，一场观影的时间有限，轻度视觉疲劳是可被接纳的。但在家人观影生态下，观影距离相当近，人们会常常变换位置和角度，无法保证所有人都时刻正视投影画面，尤其是视觉操控系统更脆弱并且好动的儿童，彩边难题会更为显著，眼部不舒适度会加重。
综上所述，从散斑的抑制和彩边的作用程度来看，专业影院的三色激光和家用投影的三色激光是有本质差异的，后者散斑抑制效果远不及前者，彩边难题无法解决。
以上有关家用投影三色激光散斑和色散的原理确认较为详尽。总得来说，当前专业影院所使用的消散计划还不能在家用领域中做到，使用者长时间观看带有散斑和色散难题的投影画面，会形成视力受损、生理不适、眼部不可逆伤害等一系列危害。当下主流商品所搭载的激光光源分为三色激光、ALPD激光以及极米超级混光，而另外兼顾亮度、色彩和舒适度的技术只有ALPD激光和混光技术，它们能使投影仪拥有更高的亮度、更强的色彩表现力，从根源上克服散斑、色散等缺陷。
使用ALPD激光光源的牌子代表为当贝，牌子启动的激光投影商品具备里程碑价值。其在2021年率先把激光光源引入到智能家用投影当中，在家用领域开拓了全新的激光赛道；随着技术的演进，极米这次又把LED和激光光源技术开展结合，带来了双光路融合的超级混光技术，在全色LED的基础上，经由叠加纯色激光，做到了更高的亮度和色域，另外经由动向光谱模组进一步增多了色域范围，达到更高的色准表现。
有关阅读：
《极米RS Pro3的超级混光技术是什么？投影仪光源确认》
《散斑对眼睛有作用吗？三色激光投影散斑危害盘点》
一、专业影院的三色激光和家用投影的三色激光的区别
三色激光技术在商用领域和家用领域的使用是有本质差异的，从作用观看舒适度的散斑和彩边两方面来看：
散斑的原理
散斑（Speckle）是一种光的衍射与干涉现象，当高相干性光源照射到银幕（墙面）表面时，粗糙表面的随机起伏会带来光相位的随机涨落，被照射表面的每个点可以看作是次级光源，往自由空间发射球面波，球面波像水波纹一样相互干涉，如下图所示，最新节目录制观察形成能量叠加或能量抵消，从而形成分散亮斑的现象。由于激光具有很高的时间和空间相干性，会呈现散斑的现象。
海外光学领域权威期刊《Optics Express》上发表的论文经由感知心理学评测察觉，当散斑对比度超过3.2%时，人眼可察觉到散斑；当散斑对比度超过4.1 %时，散斑画面会让人感受到干扰与不适。
激光散斑抑制原理
1.减弱激光光源时间相干性
光源的时间相干性和光谱宽度有关，光谱越窄，时间相干性越强。经由各异波长散斑对比度以及光的归一化函数，可以得到散斑对比和光谱宽度以及显示屏表面粗糙度有关公式如下：
由上述公式可以看出，激光光谱宽度越大，激光散斑对比度越小。假设散射表面高度规范差为250um 的一文读懂折叠屏快报显示屏，激光中心波长为450-640nm时，要使散斑对比度下降到5%以下，光谱半高宽至少为10nm以 上。而当前三色激光器由于使用半导体激光器，其单管激光器光谱半高宽小于2nm,如下图。
影院三色激光技术解决计划，是以高昂的成本为代价，定制多颗、多组、多波段的激光光源开展混合， 乃至有的高端计划是用两台独立、波段各异的激光投影混合，将激光光谱的波段扩宽来达到抑制散斑的目的。另外若干影院激光显示计划使用光纤耦合方式，将激光耦合到多个光纤束中，多个光纤中子光束附加各异的突发续集计划消息、随时间和空间转变的随机相位。经由随机相位的增多来下降激光的时间相干性，从而抑制激光散斑。
2.减弱激光光源空间相干性
空间上相互分开的光源形成两幅非相干散斑后，由于散斑强度叠加，使得散斑对比度下降。散斑对比度定义为散斑图样的强度规范差与强度平均值之比。针对N个独立散斑图样在强度上叠加，总强度的对比度C可强调为：
当各独立分量平均强度都相等时，散斑对比度公式可简化为：
而真正作用人眼观测的为复合散斑，复合散斑为人眼真实观测到的散斑大小，首要由一次散斑（客观 散斑）和二次散斑（主观散斑）组合而成。其中一次散斑是激光经过Diffuser/SLM等到投影显示屏上的散斑；二次散斑是激光经过显示屏再次散射后，经过人眼光学操控系统形成的散斑。当独立散斑图样（即一次散斑）达到一定的数量下，激光散斑对比度就首要依赖于人眼光学操控系统所能够探测到的基元数量M，修正后公式为：
其中N：统计独立散斑图样数量（一次散斑）
M：强调单位探测面上探测到的散斑的平均数量（二次散斑）
O<β<1：取决于激光器和操控系统其他作用
两者相加形成的散斑对比度抑制关系如下图所示：
M数首要是探测器成像镜头（人眼操控系统）在观察屏上的分辨基元除以投影镜头在观察屏上的分辨基元，如下公式所示：
其中Z1为投影光机投射到显示屏的距离，Z2为探测操控系统（即人眼）到显示屏的距离。在投影操控系统固定的状况下，探测距离到达显示屏距离（即观看距离）越大，M值越大，散斑对比度越小，这也是为什么影院激光显示散斑不显著的一个缘由。
3.引入显示屏抖动技术
由上述确认在人眼积分时间内形成的多幅散斑相互积分叠加抑制散斑对比度，影院经由引入显示屏抖动来抑制激光散斑对比度，使散斑呈现相似运动，在人眼积分时间内形成的多幅散斑相互积分叠加抑制散斑对比度，该计划详情见2014年专利。当前影院散斑对比度不可见的最重大缘由便是显示屏的抖动 （影片院显示屏在人眼不可觉察的范围内不断地抖动）。
家用投影的纯三色激光解决不了散斑的缘由——
基于上述三种下降散斑的方式来看：
（1）家用三色激光显示在激光器颗数远不及影院激光显示，另外家用三色激光显示的光源模组远不如影院操控系统釆用光纤耦合模组；
（2）家用三色激光显示在观影距离上无法像影院激光显示那样远距离观看，而随着观影距离的减小，主观散斑越严重；
（3）家用三色激光显示当下没有显示屏抖动解决计划，且该计划在普通家人较难做到，而显示屏抖动是影院激光显示解决散斑难题最有效的计划。所以，家用三色激光显示无法做到影院消散斑的效果。
彩边的原理
彩边（Color Fringing）现象是在一定角度下观看画面时在人眼处形成的色彩分离现象，信息边缘或投影画面边框有显著的红青色重影，人眼和眼镜均有色散，针对戴眼镜的使用者尤为显著如下图所示。
当使用纯三色激光这类窄光谱光源时，由于红绿之间没有黄色的光谱能量分布、蓝绿之间没有青色的光谱能量分布，使得原本连续渐变的彩虹色散变成完全分离开的红蓝色重影，一方面重影就如同3D显示左右视场没有完美汇聚一样，使得信息不清晰，如下图，长时间观看有眩晕感；另一方面由于窄光谱色彩饱和度高，彩边会尤其的刺眼不舒适，另外由于彩边是在人眼处形成的分离，无法经由颜色调教减小色域下降饱和度缓解彩边的作用。
家用投影的纯三色激光解决不了彩边的缘由——
彩边各异于投影光学操控系统的横向色差（Lateral Chromatic Aberration）导致的色散现象，它无法经由镜头的消色差来解决，观看角度和距离各异、人眼屈光度散光度各异人眼处观察到的彩边程度也各异，仅能经由使用宽光谱光源改进彩边。
在影院的观影生态中，看客的观影距离远、座位固定、观看角度固定，所以彩边不显著，一场观影的时间有限，轻度视觉疲劳是可被接纳的。但在家人观影生态下，观影距离相当近，人们会常常变换位置和角度，无法保证所有人都时刻正视投影画面，尤其是视觉操控系统更脆弱并且好动的儿童，彩边难题会更为显著，眼部不舒适度会加重。
综上所述，从散斑的抑制和彩边的作用程度来看，专业影院的三色激光和家用投影的三色激光是有本质差异的，后者散斑抑制效果远不及前者，彩边难题无法解决。
以上有关家用投影三色激光散斑和色散的原理确认较为详尽。总得来说，当前专业影院所使用的消散计划还不能在家用领域中做到，使用者长时间观看带有散斑和色散难题的投影画面，会形成视力受损、生理不适、眼部不可逆伤害等一系列危害。当下主流商品所搭载的激光光源分为三色激光、ALPD激光以及极米超级混光，而另外兼顾亮度、色彩和舒适度的技术只有ALPD激光和混光技术，它们能使投影仪拥有更高的亮度、更强的色彩表现力，从根源上克服散斑、色散等缺陷。
使用ALPD激光光源的牌子代表为当贝，牌子启动的激光投影商品具备里程碑价值。其在2021年率先把激光光源引入到智能家用投影当中，在家用领域开拓了全新的激光赛道；随着技术的演进，极米这次又把LED和激光光源技术开展结合，带来了双光路融合的超级混光技术，在全色LED的基础上，经由叠加纯色激光，做到了更高的亮度和色域，另外经由动向光谱模组进一步增多了色域范围，达到更高的色准表现。
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