智能住宅和物聯(lián)網(wǎng)(IoT)為很多日常使用的設(shè)備帶來了更強的連通性和更高的智能化程度——從空調(diào)和住宅安防系統(tǒng)到灶臺和冰箱。這些智能住宅設(shè)備的下一代產(chǎn)品有可能將投影顯示技術(shù)集成在內(nèi)，以提升智能系統(tǒng)中的人機界面。
 
　　智能家居應(yīng)用和物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 正在改變著我們的住所，并且將更好的連接性和智能化帶入到我們?nèi)粘Ｉ钪杏玫降脑O(shè)備之中。本文將以德州儀器（TI）的DLP® Pico™ 技術(shù)為基礎(chǔ)，說明在智能家居設(shè)備和家用電器產(chǎn)品中如何通過集成該技術(shù)提高其有效性和可用性。
 
針對智能住宅的投影顯示
 
　　可嵌入、經(jīng)久耐用且高能效的投影技術(shù)為智能住宅設(shè)備提供了一個強大且有效的信息顯示方法，并且使用戶能夠通過簡單的觸摸和手勢界面來實現(xiàn)與設(shè)備的交互。例如，與其像以前一樣走到干衣機附近去查看剩余時間，現(xiàn)在你只需對著廚房中的投影顯示器揮揮手，就可以知道衣服什么時候能洗好。
 
　　你可以調(diào)整你的恒溫器，設(shè)定你的噴淋系統(tǒng)，檢查冰箱內(nèi)的存貨，查找菜單，給微波爐預(yù)熱，并且看一看誰在大門外——所有這些信息都在完全一樣的顯示器內(nèi)提供，并且支持某些快速手指輕敲，或者手勢識別。
 
　　實際上，投影顯示的形式多種多樣?？梢杂矛F(xiàn)有的家庭影院解決方案將顯示投影到一塊屏幕上。顯示屏還有可能被嵌入到照明燈具中，并被投射到一面墻或廚房的工作臺上。它也可能是一臺在用到時才伸出墻體的小型投影儀，在不使用時，它就縮回隱藏起來，以保持美觀。
 
　　創(chuàng)建智能家居的很多獨立設(shè)備和電器不同于傳統(tǒng)的家庭省力機器，它們提供了智能性、連接性和交互性。投影技術(shù)為這些設(shè)備添加了一個強大且有效的方法，使用高效且直觀的觸摸和手勢界面展示信息，并且與信息進行交互。智能家居應(yīng)用需要可嵌入、經(jīng)久耐用且高能效的顯示技術(shù)。投射出的圖像必須可以在墻壁、天花板、廚房灶臺和家用電器表面等多變的表面上顯示。必須有充足的亮度、對比度、顏色和細節(jié)，已提供清晰且看起來很舒服的圖像。交互式顯示和投影空間可實現(xiàn)具有創(chuàng)造性且強大的控制界面。DLP Pico技術(shù)提供的特性和優(yōu)勢可以使智能家居成為靈活、可靠且美觀的居住場所；而這個居所將具有更高的功能性、舒適性，并且能效更佳。

智能家居的主流技術(shù)趨勢

　　智能家居的概念正在使家用電器、舒適性和環(huán)境、監(jiān)控和安防、能量使用量、娛樂、照明和外觀美化等領(lǐng)域發(fā)生變革。住戶可以針對每天/每周日程安排、能源使用量（包括季節(jié)和當前天氣狀況）、每天不同時段和安全性來優(yōu)化家居運行。還可以使用全新功能來擴展和豐富娛樂、信息、照明和美觀?？梢詮氖澜缟先魏我粋€角落實現(xiàn)遠程監(jiān)視和家居控制功能。特別是，通過對每日任務(wù)的更簡單管理，并通過增強型非侵入式監(jiān)視和報警系統(tǒng)，使老年人和殘疾人能夠從智能家居中受益。
 
　　有一點需要注意的是，對于每個地區(qū)來說，智能家居應(yīng)用增長的主要驅(qū)動因素和需求度是不同的。在歐洲，關(guān)注的焦點是能效和住宅舒適度。在北美，強調(diào)的是實用性、舒適性和安全性。日本的智能家居應(yīng)用正在朝著更加安全的生活環(huán)境發(fā)展，而同時又具有針對老年人口的分立式監(jiān)視功能。在世界上的其它地方，智能家居理念可以幫助跨越落后或陳舊基礎(chǔ)設(shè)施與未來家居之間的鴻溝。其中一個例子就是印度的智能城市倡議。在全世界范圍內(nèi)，出現(xiàn)了多個商家和政府部門正在推進著智能家居的革命。在早期階段，關(guān)注的焦點主要是能量管理?，F(xiàn)在，開發(fā)人員也將安全性、實用性和舒適性包含在內(nèi)。
 
　　數(shù)個領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)開發(fā)加快了智能家居理念和應(yīng)用的推廣勢頭。全球連通性正在使“物聯(lián)網(wǎng) (IoT)”成為現(xiàn)實，而它對于這些智能家居應(yīng)用來說是必不可少的，也的確打下了智能家居的基礎(chǔ)。隨著這個趨勢不斷向前發(fā)展，投影技術(shù)可以使智能家居設(shè)備使用起來更方便，并且提高它們的有效性。
 

智能住宅顯示的關(guān)鍵器件
 
　　對于設(shè)計人員來說，在開發(fā)智能住宅顯示時需要牢記幾件事情。在設(shè)計任何種類的顯示技術(shù)時，對于多變表面等家居布置中很多可能出現(xiàn)的環(huán)境因素，圖像質(zhì)量也許是最重要的考慮因素之一。開發(fā)人員應(yīng)該考慮到用戶對于靈活且可擴展投影解決方案的需求；這些解決方案能夠在很短的距離內(nèi)在不同表面尺寸上顯示，并且?guī)聿诲e的分辨率。這一要求必須與一個緊湊小巧的光引擎配合使用才能實現(xiàn)；這種光引擎可被集成到家用電器中，而又不會對現(xiàn)有尺寸和外觀產(chǎn)生負面影響。
 
　　圖 1 顯示的是一個典型 DLP 投影系統(tǒng)的方框圖。投影功能主要有兩部分提供。電子部分包含 DLP 控制器芯片、一個電源管理塊、和照明驅(qū)動器芯片。它也可以有一個應(yīng)用處理器和一個前端接口處理器。除了管理投影系統(tǒng)，這個應(yīng)用處理器還能夠支持手勢控制、交互性，或其它特性。 
　　光學部分包含 DLP 數(shù)字微鏡器件（DMD）、照明器件（通常為LED）、光學元件（透鏡、濾波器等）、以及相關(guān)的機械元件。這些元件都被集成到一個被統(tǒng)稱為光引擎的小巧緊湊且經(jīng)久耐用的組裝元件內(nèi)。光引擎的大小和外形取決于 分辨率、亮度、投射比等技術(shù)規(guī)格，以及其它設(shè)計因素。
 
智能家居中投影技術(shù)的作用
 
　　傳統(tǒng)上，投影技術(shù)一直作為家庭影院裝置的核心。然而，智能家居使投影技術(shù)在全新的領(lǐng)域內(nèi)找到了用武之地。比如說可以將燈泡和嵌入式投影安裝在標準點燈插座內(nèi)，或者將投影機作為導軌射燈的一部分。
 
　　這種基于投影的照明產(chǎn)品提供幾個有意思的使用情況（圖 2）：
　　• 臺燈—可以分享諸如智能手機等個人設(shè)備中的內(nèi)容。
　　• 照明燈具—生成適合于不同主題和心情的特殊效果。
　　• 相框照片—用動態(tài)內(nèi)容取代靜態(tài)圖片。
　　• 兒童房—提供安撫效果來使嬰兒平靜下來，或者引起兒童注意的視覺內(nèi)容，甚至是增強型的教育功能。 
　　投影已經(jīng)成為家居安防和控制設(shè)備不可或缺的一部分，一個超短焦投影顯示（圖 3）能夠提供一個“點播”控制面板；這個控制面板可被用于監(jiān)視和配置智能家居功能與設(shè)備?；谕队暗目刂泼姘蹇杀恢匦屡渲?，并且具有自適應(yīng)性。 
 
　　另外，投影顯示可以與家居氣候控制系統(tǒng)進行無線通信（圖4），顯示系統(tǒng)狀態(tài)，并提供控制功能，顯示任一房間內(nèi)的溫度與濕度，并且提供當?shù)靥鞖鉅顩r和天氣預(yù)報。而家居安防系統(tǒng)可以與一個顯示屏進行通信，在房門或窗戶打開時，或者其它安防狀況時發(fā)出警報（圖 4）。
  
　　廚房正在成為智能家居的主要競爭領(lǐng)域，包括廚房用具與家用電器都可以通過投影技術(shù)改進用戶體驗，例如使用投影技術(shù)在灶臺表面或廚房操作臺上產(chǎn)生交互式顯示。其中一個例子就是提供每份餐量大小和在線原材料指南的菜譜參考）。
 
　　相似的，其它廚房或家用電器可以從附加的保護功能中受益。洗碗機在地板上顯示其狀態(tài)和任意信息，而所有控制都被隱藏起來。微波爐或烤箱在前面板玻璃上顯示正在烹飪的食物，以及任意信息或警報。
 
智能家居的獨特投影技術(shù)需求
 
　　投影儀的技術(shù)規(guī)格將取決于所需圖像大小、顯示表面類型、集成到終端設(shè)備時所需的外形尺寸和投射部件到顯示表面的距離等因素決定。而最終的技術(shù)規(guī)格需要在以下關(guān)鍵需求中做出均衡：
 
　　亮度：投影儀的總輸出流明將取決于所需的圖像大小和環(huán)境光條件。如果投射表面含有某些顏色或圖案（比如說廚房灶臺），也許需要將亮度增加 20-30%。表 1 中給出了不同圖像尺寸和環(huán)境光條件下的建議投影儀亮度值。
  
　　分辨率：所需分辨率主要由將要顯示的內(nèi)容或信息決定。如果內(nèi)容是照片或視頻的話，分辨率最好能達到 720p (1280x720) 或 1080p (1920x1080)。對于顯示文本信息和圖形符號等普通信息，WVGA(854x480) 或 720p 分辨率就足夠了。
 
　　透射比：一個投影儀的透射比由投射透鏡與屏幕的距離與投射圖像寬度之間的比率決定。所需的透射比由家用電器和所允許的空間決定。
 
　　尺寸和外形：一個投影系統(tǒng)的尺寸和外形對于裝入標準家用電器和設(shè)備內(nèi)十分關(guān)鍵。DLP Pico 芯片組已經(jīng)被設(shè)計成可以實現(xiàn)十分緊湊且小巧的光引擎。此外，DLP 技術(shù)的高亮度效率可以在極小的外形尺寸內(nèi)實現(xiàn)超高亮度投影儀。
 
　　縮放：當必須對投影功能進行改裝，以安裝到射燈或家居監(jiān)視設(shè)備功能時，也許需要可變圖像尺寸功能（縮放）。它將有助于按照到投射表面的指定距離來改變圖像大小，以實現(xiàn)投射功能。以下是按照透射率分成的三個常用的電路板類別：標準投射 (1.0-1.6)；短焦 (0.5-1.0)；和超短焦 (<0.5)。
 
　　增值特性：有幾個特性可以提高投影顯示的有效性，并且增加了包含有投影顯示功能的家用電器或設(shè)備的價值。
 
　　交互性：交互性是一款產(chǎn)品使用界面的關(guān)鍵組成部分。根據(jù)終端用戶和特定使用情況，簡單手勢控制也許就夠用了，或者需要高精度多觸點功能。為了提供一個有效的用戶界面，可以用投射系統(tǒng)將多個候選技術(shù)集成在內(nèi)。表 2 中給出了某些領(lǐng)先交互式技術(shù)之間的高級比較。　　對于大多數(shù)使用情況來說，時差測距技術(shù)也許能夠很好地滿足智能家居應(yīng)用的需要。對于那些可以利用更簡單手勢界面的成本敏感應(yīng)用來說，基于超聲波或 IR 的低成本解決方案會更加適合。然而，當需要高精度手勢和觸摸感應(yīng)界面時，有必要選擇基于 IR 激光幕的多觸摸解決方案。
 
　　投影系統(tǒng)內(nèi)的有限空間經(jīng)常會使投影儀無法相對于投射表面居中和對齊，從而導致類似于梯形的幾何失真。梯形矯正對這一失真進行補償，并且能夠?qū)崿F(xiàn)更加小巧緊湊的設(shè)備或家用電器設(shè)計。大多數(shù)投影儀都有一個垂直梯形矯正功能，以矯正那些未處于垂直平面中心的梯形矯正。然而，當一個投影儀無法位于水平平面中央時，也許還需要水平梯形矯正。
 
　　投影表面矯正：在某些情況下，所需要的顯示表面也許有不規(guī)則的表面集合圖形（外形修整）。高級圖像處理功能可實現(xiàn)投射圖像矯正，以補償這個外形修整，并且使用戶看起來沒有失真。相似地，針對表面顏色和圖案的自適應(yīng)矯正可以大大提高智能家居應(yīng)用中投射功能的有效性。
 
 
作者：Vivek Thakur
DLP Pico產(chǎn)品應(yīng)用經(jīng)理
德州儀器（TI）