交互式投影显示有助实现真正的智能家居

　　智能住宅和物联网(IoT)为很多日常使用的设备带来了更强的连通性和更高的智能化程度——从空调和住宅安防系统到灶台和冰箱。这些智能住宅设备的下一代产品有可能将投影显示技术集成在内，以提升智能系统中的人机界面。
 
　　智能家居应用和物联网 (IoT) 正在改变着我们的住所，并且将更好的连接性和智能化带入到我们日常生活中用到的设备之中。本文将以德州仪器（TI）的DLP® Pico™ 技术为基础，说明在智能家居设备和家用电器产品中如何通过集成该技术提高其有效性和可用性。
 
针对智能住宅的投影显示
 
　　可嵌入、经久耐用且高能效的投影技术为智能住宅设备提供了一个强大且有效的信息显示方法，并且使用户能够通过简单的触摸和手势界面来实现与设备的交互。例如，与其像以前一样走到干衣机附近去查看剩余时间，现在你只需对着厨房中的投影显示器挥挥手，就可以知道衣服什么时候能洗好。
 
　　你可以调整你的恒温器，设定你的喷淋系统，检查冰箱内的存货，查找菜单，给微波炉预热，并且看一看谁在大门外——所有这些信息都在完全一样的显示器内提供，并且支持某些快速手指轻敲，或者手势识别。
 
　　实际上，投影显示的形式多种多样。可以用现有的家庭影院解决方案将显示投影到一块屏幕上。显示屏还有可能被嵌入到照明灯具中，并被投射到一面墙或厨房的工作台上。它也可能是一台在用到时才伸出墙体的小型投影仪，在不使用时，它就缩回隐藏起来，以保持美观。
 
　　创建智能家居的很多独立设备和电器不同于传统的家庭省力机器，它们提供了智能性、连接性和交互性。投影技术为这些设备添加了一个强大且有效的方法，使用高效且直观的触摸和手势界面展示信息，并且与信息进行交互。智能家居应用需要可嵌入、经久耐用且高能效的显示技术。投射出的图像必须可以在墙壁、天花板、厨房灶台和家用电器表面等多变的表面上显示。必须有充足的亮度、对比度、颜色和细节，已提供清晰且看起来很舒服的图像。交互式显示和投影空间可实现具有创造性且强大的控制界面。DLP Pico技术提供的特性和优势可以使智能家居成为灵活、可靠且美观的居住场所；而这个居所将具有更高的功能性、舒适性，并且能效更佳。

智能家居的主流技术趋势

　　智能家居的概念正在使家用电器、舒适性和环境、监控和安防、能量使用量、娱乐、照明和外观美化等领域发生变革。住户可以针对每天/每周日程安排、能源使用量（包括季节和当前天气状况）、每天不同时段和安全性来优化家居运行。还可以使用全新功能来扩展和丰富娱乐、信息、照明和美观。可以从世界上任何一个角落实现远程监视和家居控制功能。特别是，通过对每日任务的更简单管理，并通过增强型非侵入式监视和报警系统，使老年人和残疾人能够从智能家居中受益。
 
　　有一点需要注意的是，对于每个地区来说，智能家居应用增长的主要驱动因素和需求度是不同的。在欧洲，关注的焦点是能效和住宅舒适度。在北美，强调的是实用性、舒适性和安全性。日本的智能家居应用正在朝着更加安全的生活环境发展，而同时又具有针对老年人口的分立式监视功能。在世界上的其它地方，智能家居理念可以帮助跨越落后或陈旧基础设施与未来家居之间的鸿沟。其中一个例子就是印度的智能城市倡议。在全世界范围内，出现了多个商家和政府部门正在推进着智能家居的革命。在早期阶段，关注的焦点主要是能量管理。现在，开发人员也将安全性、实用性和舒适性包含在内。
 
　　数个领域内的技术开发加快了智能家居理念和应用的推广势头。全球连通性正在使“物联网 (IoT)”成为现实，而它对于这些智能家居应用来说是必不可少的，也的确打下了智能家居的基础。随着这个趋势不断向前发展，投影技术可以使智能家居设备使用起来更方便，并且提高它们的有效性。
 

智能住宅显示的关键器件
 
　　对于设计人员来说，在开发智能住宅显示时需要牢记几件事情。在设计任何种类的显示技术时，对于多变表面等家居布置中很多可能出现的环境因素，图像质量也许是最重要的考虑因素之一。开发人员应该考虑到用户对于灵活且可扩展投影解决方案的需求；这些解决方案能够在很短的距离内在不同表面尺寸上显示，并且带来不错的分辨率。这一要求必须与一个紧凑小巧的光引擎配合使用才能实现；这种光引擎可被集成到家用电器中，而又不会对现有尺寸和外观产生负面影响。
 
　　图 1 显示的是一个典型 DLP 投影系统的方框图。投影功能主要有两部分提供。电子部分包含 DLP 控制器芯片、一个电源管理块、和照明驱动器芯片。它也可以有一个应用处理器和一个前端接口处理器。除了管理投影系统，这个应用处理器还能够支持手势控制、交互性，或其它特性。 
　　光学部分包含 DLP 数字微镜器件（DMD）、照明器件（通常为LED）、光学元件（透镜、滤波器等）、以及相关的机械元件。这些元件都被集成到一个被统称为光引擎的小巧紧凑且经久耐用的组装元件内。光引擎的大小和外形取决于 分辨率、亮度、投射比等技术规格，以及其它设计因素。
 
智能家居中投影技术的作用
 
　　传统上，投影技术一直作为家庭影院装置的核心。然而，智能家居使投影技术在全新的领域内找到了用武之地。比如说可以将灯泡和嵌入式投影安装在标准点灯插座内，或者将投影机作为导轨射灯的一部分。
 
　　这种基于投影的照明产品提供几个有意思的使用情况（图 2）：
　　• 台灯—可以分享诸如智能手机等个人设备中的内容。
　　• 照明灯具—生成适合于不同主题和心情的特殊效果。
　　• 相框照片—用动态内容取代静态图片。
　　• 儿童房—提供安抚效果来使婴儿平静下来，或者引起儿童注意的视觉内容，甚至是增强型的教育功能。 
　　投影已经成为家居安防和控制设备不可或缺的一部分，一个超短焦投影显示（图 3）能够提供一个“点播”控制面板；这个控制面板可被用于监视和配置智能家居功能与设备。基于投影的控制面板可被重新配置，并且具有自适应性。 
 
　　另外，投影显示可以与家居气候控制系统进行无线通信（图4），显示系统状态，并提供控制功能，显示任一房间内的温度与湿度，并且提供当地天气状况和天气预报。而家居安防系统可以与一个显示屏进行通信，在房门或窗户打开时，或者其它安防状况时发出警报（图 4）。
  
　　厨房正在成为智能家居的主要竞争领域，包括厨房用具与家用电器都可以通过投影技术改进用户体验，例如使用投影技术在灶台表面或厨房操作台上产生交互式显示。其中一个例子就是提供每份餐量大小和在线原材料指南的菜谱参考）。
 
　　相似的，其它厨房或家用电器可以从附加的保护功能中受益。洗碗机在地板上显示其状态和任意信息，而所有控制都被隐藏起来。微波炉或烤箱在前面板玻璃上显示正在烹饪的食物，以及任意信息或警报。
 
智能家居的独特投影技术需求
 
　　投影仪的技术规格将取决于所需图像大小、显示表面类型、集成到终端设备时所需的外形尺寸和投射部件到显示表面的距离等因素决定。而最终的技术规格需要在以下关键需求中做出均衡：
 
　　亮度：投影仪的总输出流明将取决于所需的图像大小和环境光条件。如果投射表面含有某些颜色或图案（比如说厨房灶台），也许需要将亮度增加 20-30%。表 1 中给出了不同图像尺寸和环境光条件下的建议投影仪亮度值。
  
　　分辨率：所需分辨率主要由将要显示的内容或信息决定。如果内容是照片或视频的话，分辨率最好能达到 720p (1280x720) 或 1080p (1920x1080)。对于显示文本信息和图形符号等普通信息，WVGA(854x480) 或 720p 分辨率就足够了。
 
　　透射比：一个投影仪的透射比由投射透镜与屏幕的距离与投射图像宽度之间的比率决定。所需的透射比由家用电器和所允许的空间决定。
 
　　尺寸和外形：一个投影系统的尺寸和外形对于装入标准家用电器和设备内十分关键。DLP Pico 芯片组已经被设计成可以实现十分紧凑且小巧的光引擎。此外，DLP 技术的高亮度效率可以在极小的外形尺寸内实现超高亮度投影仪。
 
　　缩放：当必须对投影功能进行改装，以安装到射灯或家居监视设备功能时，也许需要可变图像尺寸功能（缩放）。它将有助于按照到投射表面的指定距离来改变图像大小，以实现投射功能。以下是按照透射率分成的三个常用的电路板类别：标准投射 (1.0-1.6)；短焦 (0.5-1.0)；和超短焦 (<0.5)。
 
　　增值特性：有几个特性可以提高投影显示的有效性，并且增加了包含有投影显示功能的家用电器或设备的价值。
 
　　交互性：交互性是一款产品使用界面的关键组成部分。根据终端用户和特定使用情况，简单手势控制也许就够用了，或者需要高精度多触点功能。为了提供一个有效的用户界面，可以用投射系统将多个候选技术集成在内。表 2 中给出了某些领先交互式技术之间的高级比较。　　对于大多数使用情况来说，时差测距技术也许能够很好地满足智能家居应用的需要。对于那些可以利用更简单手势界面的成本敏感应用来说，基于超声波或 IR 的低成本解决方案会更加适合。然而，当需要高精度手势和触摸感应界面时，有必要选择基于 IR 激光幕的多触摸解决方案。
 
　　投影系统内的有限空间经常会使投影仪无法相对于投射表面居中和对齐，从而导致类似于梯形的几何失真。梯形矫正对这一失真进行补偿，并且能够实现更加小巧紧凑的设备或家用电器设计。大多数投影仪都有一个垂直梯形矫正功能，以矫正那些未处于垂直平面中心的梯形矫正。然而，当一个投影仪无法位于水平平面中央时，也许还需要水平梯形矫正。
 
　　投影表面矫正：在某些情况下，所需要的显示表面也许有不规则的表面集合图形（外形修整）。高级图像处理功能可实现投射图像矫正，以补偿这个外形修整，并且使用户看起来没有失真。相似地，针对表面颜色和图案的自适应矫正可以大大提高智能家居应用中投射功能的有效性。
 
 
作者：Vivek Thakur
DLP Pico产品应用经理
德州仪器（TI）