编者注：关于像素位移技术对图像细节的影响的争论始于爱普生和JVC最初选择用原生1080p投影机的增强像素位移图像来处理4K UHD内容，而且这一争论在德州仪器（Texas Instruments）推出其DLP XPR（扩展像素分辨率）微镜显示技术时进入高潮。这种技术依靠1080p或更大的微镜芯片的像素位移来向屏幕提供UHD信号中的全部像素数。我们认为，我们和其他专家的数十篇产品评测——以及许多成功销售到家庭影院市场的具有像素位移功能的UHD投影机——已经证明了，抛开镜头属性、固有对比度和图像处理等其它因素，像素位移可以在正常观看距离内提供清晰的4K图像。然而，我们仍然收到读者的评论，抱怨像素位移在某种程度上代表了制造商的一种欺骗行为，尽管使用这种技术的较低成本是使我们许多人能够实现4K投影的唯一原因。

在此背景下，我们的撰稿人和成像技术专家Mike McNamara（纽约州Hopewell Junction的In-Depth Focus实验室的负责人）进行了一项研究，考察了一系列代表显示技术和价格的六种不同的UHD投影机。通过检查（和拍摄）屏幕上测试图案和静止图片的放大结果，他能够看到成像器和其它因素的差异总体上如何影响每台投影机完全解析UHD垂直和水平分辨率的能力。在第1部分中，Mike解释了测试背景以及他是如何进行测试的。在第2部分中，我们分享了拍摄结果和一些结论。—Rob Sabin

投影机中心

在过去几年中，随着经济实惠的4K UHD家庭影院投影机市场的扩大，关于哪种投影技术能在屏幕上提供最多细节和最好锐度的争论也越来越激烈。打个比方，在舞台的一边，您有原生4K UHD投影机——其成像设备以一对一的方式将4K UHD视频帧（包含3840× 2160像素）的每个像素的数据映射到相应的成像器的像素或镜像。灯泡或激光发出的光线穿过成像器或从其镜面上反射后（取决于技术），通过镜头在屏幕上形成完整的画面。如果内容来自4K UHD蓝光播放器中的电影光盘，则帧速率为24帧/秒，而对于流媒体电影、原始相机镜头和游戏，帧速率范围为30帧/秒至60帧/秒或更高。

在舞台的另一边，您有成像器分辨率较低的“像素位移”投影机，要么是1920×1080像素，要么是2716×1528像素。那些声称具有真UHD分辨率的投影机采用了德州仪器的XPR（扩展像素分辨率）DLP微镜技术，并配备了0.66英寸（2716×1528像素）或0.47英寸（1920×1080像素）微镜芯片。该系统首先将输入的4K UHD内容信号分成两个或四个子帧，然后将这些子帧覆盖在屏幕上，并稍有偏移。这个过程发生在如此高的速度下（每子帧1/120秒或1/240秒），以至于人眼只感知到一个更高分辨率的帧（每帧持续1/60秒至1/24秒），而不是两个或四个较低分辨率的图像。所提到的轻微偏移是至关重要的，它将一半的子帧以45度角向右或向左移动，每个偏移子帧的一部分与固定的子帧重叠。这听起来确实让人困惑！然而，与使用相同成像器但没有像素位移的投影机相比，最终结果是投影全帧图像的细节在可测量和感知上都有所增加。这也非常类似于人眼的工作方式。您没有注意到它，但您的眼睛在一个过程中高速来回振动，从而增加了您能够感知的细节，即使是在移动物体中也是如此。

 

单芯片像素位移的工作原理：这张图显示了明基（BenQ）和其他DLP投影机制造商如何使用像素位移来抵消由德州仪器0.66英寸DMD的2716 ×1528像素产生的两个子帧。它们的闪烁速度非常快，以至于观众只能看到一个全帧图像，其细节比每个单独的子帧都多。

与原生4K UHD成像器相比，使用像素位移方法的最大优势是价格更低。目前，原生4K UHD成像器的价格远远高于像素位移模式中的低分辨率同类产品。这就是为什么您现在可以以略高于1000美元的价格购买声称提供 4K UHD 分辨率的像素位移投影机，而原生4K UHD 投影机的价格通常是其的五到十倍。缺点是投影机的噪音或振动会因改变光路的组件而略有增加，但这通常会被投影机冷却风扇发出的噪音所掩盖。

问题是，是否有任何像素位移投影机能够真正实现真4K UHD投影机的分辨率和细节，无论是上面提到的DLP XPR型号（由明基（BenQ）、奥图玛（Optoma）、优派（ViewSonic）、丽讯（Vivitek）、LG和许多其它公司制造），还是真1080p投影机（它们实际上并未声称能够将UHD信号中所有的像素都显示在屏幕上）。1080p投影机的制造商认为，他们先进的像素位移技术提供了更多的细节，再加上其他能最大限度提高细节的功能，为消费者提供了更好的价值——甚至可以在屏幕上产生在正常距离观看时几乎与原生4K UHD图像一样的图像。这里的品牌包括爱普生及其3LCD合作伙伴，他们将其像素位移的投影机称为4K增强型（或4Ke），还有JVC，它将其基于3芯片LCoS的D-ILA型号称为4K电子位移。（尽管该公司会在晚些时候放弃这种方式，转而采用真正的原生4K D-ILA投影机和DLP XPR投影机的组合。电子位移技术仍将用于一些原生4K D-ILA型号，以实现8K分辨率的效果）。

 

4K增强：爱普生图解描述了它（和JVC）的1080p像素位移型号如何使用45度偏移（类似于DLP XPR像素位移投影机），但首先将光线穿过三个RGB面板（LCD或D-ILA）来创建两个子帧，而不是使用色轮和单芯片DMD。

哪一个是正确的？像素位移投影机是否必须产生可测量的4K UHD分辨率，才能提供引人注目的4K UHD体验？或者说，包括对比度、镜头质量、色彩准确度、色彩饱和度和图像处理（即锐化）在内的其它功能能否改善细节和图像质量，足以弥补绝大多数用户在可测量的像素分辨率方面的不足？为了找到答案，我们细致地比较了五台像素位移投影机的屏幕分辨率，并将其与一台原生4K投影机进行了比较。

以下是我们测试中用到的投影机：

●JVC DLA-N7 ：一款基于3芯片LCoS的高端原生4K投影机，配有优质镜头/光学器件。

●明基（BenQ）X12000H：一款高端单芯片DLP XPR投影机，采用0.66英寸数字微镜设备（DMD）和两相像素位移技术，配备高输出LED引擎和优质镜头/光学器件。

●奥图码（Optoma）UHD620: 一款价格实惠的单芯片DLP XPR投影机，采用0.66英寸DMD和两相像素位移技术，配有同类产品的普通镜头/光学器件。

●优派(ViewSonic) X10-4K: 一款价格实惠的单芯片DLP XPR紧凑型生活投影机，采用0.47英寸DMD，配有4相位像素位移和与其便携式设计相称的小型短焦镜头。

●Epson CH-TW8400W：一款中等价位的3芯片真1080p LCD投影机，具有两相像素位移和优质镜头/光学器件。

●JVC DLA-X818BC：一款中等价位的3芯片真1080p LCoS投影机，具有两相像素位移和优质光学器件。

影响分辨率的因素

在我们讨论测试结果之前，让我们先定义几个术语，并快速了解一下其它投影机功能和所提到的变量是如何影响屏幕上的感知分辨率和细节的。

1080p vs. 4K UHD分辨率。首先，4K UHD投影机和显示器经常被错误地描述为提供全高清1080p投影机或显示器四倍的分辨率。事实上，4K UHD显示器实际上提供了四倍的屏幕像素个数，但这只相当于两倍的分辨率。这是因为在每个维度（水平和垂直）上再现的像素数量决定了数字显示器的可测量分辨率。一个白色像素后跟一个黑色像素=两个像素的分辨率（也叫两行分辨率）。因此，1080p 显示器中的水平和垂直分辨率只需在每个方向上增加一倍，就可以形成4K UHD显示器的分辨率（1920H × 1080V像素） × 2 =（3840 × 2160像素）。如果像素位移技术能够在两个方向上增加1080p成像器的分辨率，即使每两个真像素增加一个新像素，屏幕上的图像也应该比1080p图像清晰50%。相比之下，8K UHD 显示器在 1080p 显示器中每两个像素在同一方向上有八个像素，这就是实际获得四倍分辨率所需的像素数。

对比度。眼睛很容易误以为对比度较高的图像比对比度较低的图像具有更多细节并且锐度更高。这就是为什么美国政府对其购买的任何图像捕捉设备（如相机、摄像机和间谍卫星）的对比度有非常严格的规定。只要出售给政府的产品声称具有可测量的像素或线对分辨率，就必须列出这些比率及其确定方式。遗憾的是，消费类显示器行业并没有那么严格，有几种不同的对比度定义在使用，其中ANSI对比度、全开/全关和动态对比度最为普遍。在比较投影机时，ANSI对比度是最有意义的，因为它能更好地展现出显示连续色调照片和视频帧时用户将在屏幕上看到的内容。

可以想象，与对比度较低但分辨率稍高的图像相比，具有较高对比度但分辨率略低的投影机可以投射出看起来更清晰、更细腻的图像。

 

对比度和锐度：您觉得上面的哪个目标看起来更清晰？应该是右边的那个，它的对比度更高，但其它方面两者是相同的。

屏幕距离和尺寸。因为我们的眼睛在整个视野中只能辨别出固定数量的分辨率，而更多的分辨率在中心位置，所以普通用户看到1080p和4K UHD显示屏之间差异的能力随着与屏幕的距离和屏幕尺寸的大小而变化。例如，大多数观众坐在离80英寸显示器或投影图像8到10英尺的地方，几乎看不到1080p和4K UHD显示器或投影图像之间的细节差异。对于较小的显示器，用户必须离得更近才能看到细节上的差异。另一方面，用户可以在更远的距离看到较低和较高对比度的图像之间的差异，还能看到显示器中较低和较高色彩饱和度之间的差异。这就解释了为什么最值得买或其它地方的4K UHD高动态范围（HDR）显示器从房间对面看起来比4K UHD SDR的同类产品更好。

 

镜头质量和对焦。毋庸置疑，镜头质量和对焦精度将对投影机图像的感知分辨率产生影响。当正确聚焦时，所有投影机镜头都至少应在屏幕中心产生清晰的图像。如果它们不能在屏幕中心产生清晰的图像，它们就是不完美的。在购买之前不太了解的是，镜头在整个图像区域的表现如何，以及它如何提高或降低整体对比度。一分价钱一分货，高质量的多元素玻璃镜头（如上图中的JVC镜头）将通过减少镜头眩光、最大限度地减少色差并在边缘保持均匀亮度来提供更高的对比度和细节。（此外，具有电动变焦和对焦、镜头记忆设置以及大范围水平和垂直镜头位移的投影机镜头在我们的评测中得到了更高的分数，尽管这些可能与分辨率和细节没有直接关系）。随着时间的推移，由于使用塑料透镜元件，较便宜的透镜也可能会出现光学畸变，在热灯泡旁边长期使用会效果不佳。

投影模式、预设和增强功能。几乎每台投影机都有一系列可由终端用户设置的图像模式和图像增强功能，并能在不同程度上影响测量和感知的分辨率。如上所述，对比度在分辨率中起着重要作用，因此将模式从高流明模式（明亮）改为低流明模式（例如，Cinema或sRGB）会影响屏幕分辨率。更难量化的是众多的图像预设和增强功能对可测量和感知的分辨率的影响。对于大多数投影机用户来说，需要反复试验才能确定哪些设置能在屏幕上提供最令人满意的效果，而且这些设置可能会因内容或投影模式而有所不同。例如，轻微的锐化增强可以提高感知的对比度和细节，尤其是细线和文本。但过度锐化会导致不必要的伪影（见下图）。

 

预设和增强功能：所有投影机都具有多种显示模式、预设和增强控制，其中一些可以增加感知细节。在这个比较中，两张图片都是来自爱普生CH-TW8400的屏幕特写照片，左边的设置为其默认的预设2，右边的设置为预设4加锐化。右边的图像现在可能整体上看起来更清晰，但过度锐化会导致不想要的伪影，如黑色或彩色边缘（见箭头）。

在我们的测试中，我们选择了每台投影机通常用于观看电影的Cinema或Natural模式，以及投影机的最高功率设置。优派（ViewSonic）X10-4K是个例外，它被设置为最亮模式，以实现其最高测试的750 ANSI流明输出，不过在本次比较中，它的亮度仍远低于其它投影机的亮度。所有其它图像预设和增强设置均使用了默认设置。

屏幕材料和增益。说到分辨率，大多数潜在的投影机购买者不会考虑到他们的屏幕可能对感知的细节和分辨率产生的影响。一般来说，较高的屏幕增益可能会增加中心观看位置的对比度，但可能会在较宽的视角上产生热点或较低的对比度。此外，一些较旧的屏幕没有针对更高的 4K UHD 分辨率进行优化，主要是因为它们的纹理会减少或干扰对细线和细节的感知，或是它们的对比度和色彩度较低。

 

屏幕材料和分辨率：左边的照片显示的是Da-Lite的HD Progressive 1.1磨砂白色屏幕材料样本，它压在我们用作投影表面的白色泡沫芯板上（见下文）。它显示出了一个近似的匹配，但并没有明显地增强对比度或细节。右边是具有1.3增益的HD Progressive 1.3样本。请注意垂直分辨率刻度上的亮度和对比度是如何提高的，从而使黑色文本从背景中映出来。

设置本次测试

正如前一节所述，有许多变量会影响显示图像的分辨率。为了使测试尽可能地公平和准确，我们尽可能地消除了许多变量。

分辨率目标测试。首先，我们选择了一个测试目标，该目标包含建立屏幕上显示的最大水平和垂直分辨率所需的正确元素。这是由影像科学基金会的Joel Silver设计的行业标准的4K UHD测试目标。目标上的红框是我们为这张照片添加的，只是为了说明我们集中分析和特写照片的位置。

 

目标生成器。4K UHD ISF目标文件被加载到Murideo Six-G模式生成器中，我们使用HDMI电缆将其连接到每台投影机上（该电缆经Murideo Six-A分析仪认证可处理高达18Gbps的4K HDR信号）。然后将模式生成器设置为以4K UHD分辨率（3840 × 2160像素）、每秒60帧、每种颜色10 bits SDR来显示目标。这产生了带宽约为12Gbps左右的信号，远远低于HDMI电缆的容量。

真实世界的测试图像。除了Murideo Six-G生成的分辨率测试目标外，我们还比较了使用尼康（Nikon）D600单反相机拍摄的螳螂的超清晰测试照片的特写部分（如红框所示）。它被调整为3840 × 2160像素，并使用索尼UBP-X800 UHD蓝光播放器的集成USB媒体播放器显示在屏幕上。

 

投影机设置。每台投影机都放置在与屏幕中心相匹配的高度，并将镜头设置在最宽的位置，以产生最大的流明和最高的对比度。然后将投影机从屏幕移回一定距离，使其产生一个16:9比例的图像，填满预先测量的90英寸对角线屏幕区域。

屏幕材料。为了减少屏幕上的光线反射（这可能会降低目标对比度），并消除前面提到的其它屏幕变量，我们没有使用传统的屏幕。相反，我们将两块表面光滑的亮白色泡沫芯板固定在一面已经被黑色天鹅绒布覆盖的墙上。一块白板被放置的目的在于使屏幕的中心和通向它的垂直分辨率刻度清晰可见，另一块白板定位在目标的右侧，显示图像的最后三分之一和水平分辨率刻度。

对焦。对焦,明基和奥图码投影仪手动对焦要实现精准必须由两个人才能完成，一个人在屏幕前，另一个人在投影仪这边。而Epson、JVC和ViewSonic产品的电动对焦只需要一个人使用遥控器在屏幕前就可以完成。

屏幕捕获。为了记录下一节中显示的分辨率目标和真实世界内容的特写细节，我们在三脚架上安装了两台数码单反相机，每台相机都有自己的固定视野。一台位于测试投影仪后面，用于拍摄测试图案垂直分辨率刻度的一部分（产生如下所示的左侧图像），另一台位于距屏幕左侧几英尺远的地方，以记录水平分辨率标度的特写，但不是相机会产生阴影的地方（右侧的图像）。相机的对焦是手动进行的，以确保精确的对焦（两台相机都有对焦放大功能，有助于精确对焦）。两台相机的白平衡都保持在AUTO（自动）状态。

 

 

相机图像：设置了两个 DSLR 相机来记录测试目标和真实世界图像的相关垂直分辨率（左）和水平分辨率部分（右）。 第 2 部分的测试结果部分显示的详细信息来自红色框中突出显示的区域的特写，这些区域清楚地显示了真实世界测试图像中的垂直和水平分辨率以及图像质量的差异。

然后将相机快门速度设置为1/30秒，以确保至少有两张连续的帧图像（如上所述，每张都以1/60秒的速度投射）用来创建曝光。光圈略有变化，以确保在所有的对比照片中使用相同的曝光。注意：如果您以超过1/60秒的快门速度拍摄投影屏幕的照片，您就有可能捕获到半帧（在像素转换模式下）或色带（使用包含旋转色轮的单芯片DLP投影机）。

在解释以下结果时，我们的目标是确定哪些投影机（如果有的话）在屏幕上实现了真正的4K UHD分辨率（根据行业标准测试目标测量），以及其它投影机功能（例如对比度和镜头质量）可能会如何影响感知的锐度和细节。来自不同技术方法和投影机的结果对我们很有启发性。

需要注意的是，我们在放大摄影中看到的投影机之间的差异并没有那么明显，甚至在10到12英尺的观看距离上无法区分出来。这最终是一种主观的解释。但是，我们将向您展示的特写图像展示了屏幕上真实发生的情况，而且图片不会说谎。

请查看第2部分和所有测试结果。