多媒体教室投影机亮度在线自动检测方法

摘 要 提出一种基于图像亮度采集与计算的多媒体教室投影机亮度在线自动检测方法，阐述检测的基本原理和技术实现，并对应用方法进行说明。

关键词 多媒体教室；投影机亮度；在线自动检测

中图分类号：G481 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2015）16-0041-02

Abstract Is proposed in this paper a kind of on-line automatic detection of the projector brightness of multimedia classroom based on image acquisition and calculation method， expounds the basic principles of detection and the technical implementation， and the method of the application.

Key words multimedia classroom； projector brightness； on line automatic detection

1 引言

信息化条件下，多媒体教室已成为院校开展多媒体教学和网络教学的重要场所，对其设备进行维护与管理也已成为日常教学保障的重要工作。投影机作为多媒体教室的主要组成设备，维护的重点是灯泡，当灯泡亮度下降到一定值时，就需清洗投影机或更换灯泡。目前，灯泡亮度一般由人工进行检测与判断，但由于院校多媒体教室数量多、分布广，采用人工进行检测，对每个教室进行逐个开机检查，不仅费时费力，效率低，而且精度差。为了满足大批量教室管理维护的要求，本文利用图像与控制技术，提出一种在线自动检测投影机亮度的方法，对主动开展投影机的管理与维护具有重要意义。

2 基本原理

投影机亮度是指投影机输出的光通量，它是描述单位时间内光源辐射产生视觉响应强弱的能力，其国际标准单位是ANSI流明，通常用Φ表示。工程实践中，通常用测定照度的方法获取投影机的亮度。标准测定环境为：在无环境光条件下，投影机与幕布之间距离为2.4米，幕布为60英寸，用测光笔测量幕布“田”字形九个交叉点上的各点照度，乘以面积得到投影画面的九个点的亮度，然后求出九个点亮度的平均值就是ANSI流明亮度。由于九个点的现场确认非常麻烦，在无专用测试设备的环境中难以推广应用[1]。

投影机的标称亮度是其理论设计值，它是选择投影机的重要参数。实际使用中，由于受到环境光、幕布大小、幕布增益、幕布距离等多种因素的影响，投影机投射到屏幕上的亮度会发生改变。教学中，师生更多关注的是投影机投射到屏幕上的亮度，把这一亮度称为投影机的使用亮度，日常使用维护和管理中所说的投影机亮度就是指它的使用亮度。在教室设备安装确定后，使用亮度随着使用时间的增加而逐渐降低。

投影机使用亮度测量可用照度计进行，在教室投影机、幕布安装确定后，影响使用亮度的因素主要是环境光。实际测量时，为了消除环境光的影响，可以采用一种简易测量方法[2]，即通过测量照度，再换算为亮度。Φ=E・S，E为照度，S为幕布面积。测量方法：1）打开投影机并预热5分钟以上；2）利用Word或PowerPoint在投影幕布上投出纯黑白图像；3）用照度计在图像中白（实际为亮）的部分测出照度值Ew，在图像中黑（实际为暗）的部分测出照度值Eb；4）根据投影幕布的尺寸计算其面积S；5）利用关系式Φ=（Ew-Eb）S即可计算投影机的实际使用亮度。这种方法虽能近似测量投影机的使用亮度，但照度计的感光器需由人工在屏幕上定位，对大批量教室就显得非常麻烦，不仅工作量大，而且效率低。

根据图像理论，一幅数字图像是场景在特定光源的照射下，经反射后各点的光亮度进入到传感器（CCD/CMOS摄像头）的感受面上，得到面元的响应，输出电流，再被数模转换部件所数字化（抽样+量化），成为一幅离散格式的二维数字图像。图像中每个像素点都由红、蓝、绿色点组成，可根据像素点的R、G、B值计算图像的亮度Y[3]。因此，可采用图像亮度测量法测量投影机的使用亮度。

基于上述理论和方法，本文提出一种基于图像亮度采集与计算的在线自动测量方法。原理如下：在投影机上附加一个图像采集处理器，其由中控进行控制；调整图像采集处理器的摄像头对准屏幕中心，当使用人员发出投影机关机指令时，中控首先控制投影机投出白屏，同时控制图像采集器采集屏幕中心图像；然后控制投影机投出黑屏，图像采集器再次采集屏幕中心图像；最后分别计算两幅图像中心同等面积内像素点亮度的平均值，然后相减，就可计算得出投影机的实际使用亮度。这种方法排除了环境光的影响，可在任意现场使用，在每次投影机使用结束关机时自动测量投影机的使用亮度，为投影机的维护管理提供决策依据。

3 技术实现

在现有多媒体教室基础上，增加图像采集处理器、控制与管理软件，就能实现投影机亮度的在线自动测量与显示。图像采集处理器由高清摄像头、采集计算模块和控制接口等组成，安装在投影机上方吊架处，由中控对其供电与控制，负责图像采集与亮度计算。控制软件固化在中控中，负责对投影机和图像采集处理器进行控制，同时通过网络通信协议传输数据到管理终端。管理软件安装在管理终端上，主要利用数据库对数据进行存储与分析。

当中控接收到对投影机关机的指令时，中控先后控制投影机处于白屏和黑屏状态，同时图像采集处理器进行白屏和黑屏图像的捕捉，然后采集图像像素点的R、G、B值并进行亮度计算，经过算法转换得到投影机亮度，最后通过网络传到管理终端进行存储分析与显示。

根据图像获取原理，其是通过光传感器（CCD/CMOS摄像头）将光能转变为电流再进行处理后得到的，光电流与光的亮度成线性关系[4]。而照度计是通过硅光电池将光能转换成电能，光电流和照度也成线性关系[3]。两种光电传感器，一种是接收反射光，一种是接收照射光，但其原理基本相同，对同样面积的受光面，上述两种方法得到的光的亮度成一定的比例关系。

为了得到单位面积图像亮度ΔYS与照度ΔE的关系，再采用相关试验方法进行分析。

对新建的多媒体教室进行跟踪试验，每个教室都安装了图像采集处理器和相应的中控，通过管理终端采集投影机使用亮度自动测量值ΔYS，同时定期用照度计测量投影机使用亮度手工测量值ΔE。经过一年多的统计记录，得到大量的数据，经过相关统计分析发现：当投影机使用到一定时间后，其亮度呈直线下降，而在此之前，亮度随时间缓慢下降；同时在投影机、幕布和环境条件相同的情况下，f2（t）与f1（t）两条曲线近似成比例关系

把K称为亮度标定系数，其取决于投影机及灯泡的结构性能、幕布特性、幕布距离、照度计与图像采集模块的性能等因素，在上述因素确定的条件下，K值近似为一常数。不同的多媒体教室设备应单独进行标定计算。

根据K值就可将图像亮度换算为照度。工程中通过以下方法计算K值：某多媒体教室新投影机和幕布安装调整好后，对准幕布中心，用照度计分别测量投影机全白和全黑时的照度，计算照度差ΔE，手工录入管理软件中，由系统根据图像采集处理器计算的ΔYS得到标定系数K，则使用到t时刻，投影机的实际使用亮度可用下式近似计算：

ΔE（t）是屏幕中心处的照度，若乘以屏幕面积（平方米）就可近似得到投影机的光通量，即ANSI流明亮度。

4 方法应用

只需在多媒体教室安装图像采集处理器和相应的软件，就可在线自动测量投影机的使用亮度，通过网络中控将数据存储在服务器中。日常使用中，每次投影机使用结束关机时，都会自动进行亮度测量与存储，管理人员可随时通过网络终端统计分析投影机亮度变化情况。

工程使用中，通常用屏幕中心处的照度表示投影机的使用亮度，一般不再换算为流明亮度。大量统计数据显示，当投影机使用亮度达到150 Lux时，基本达到使用极限，此时需对投影机光路元件进行清洗或更换灯泡。

对大批量多媒体教室投影机的管理与维护，采用该方法不仅能及时了解投影机的使用状况，便于备件配备和开展针对性的维护，而且避免了手工检测判断带来的工作量大、参数判断不准确等问题，大大提高了管理维护的主动性。

参考文献

[1]段海涛，王敬，王风展，等.高等学校多媒体教室投影机有效亮度的研究[J].现代教育技术，2012（8）：51-54 .

[2]艾伦，薛鹏，何智.投影机“亮度”简易测量[J].中国教育技术装备，2010（17）：45-46.

[3]刘婷婷.基于颜色亮度特征的图像Hash技术[D].上海：上海大学，2010.

[4]周拥军，赵宝奇，王鹏.CCD成像型亮度计测量方法研究[J].电光与控制，2010（12）：49-52.