Hoe videoprojectie te doen bij vol daglicht

Met deze metingen in de hand kunnen we gaan nadenken over hoe helder een projector doorgaans is op een bepaald oppervlak.

Simplified Assumptions

Om eerst een paar dingen uit de weg te ruimen, zijn er een aantal bekende dingen waar we gewoon aannames over maken, of die we buiten onze berekeningen laten. Ten eerste worden projectoren meestal gemaakt om te projecteren in een beeldverhouding van 16:9, wat onze berekening voor lumen per vierkante meter (1:1) een beetje moeilijker zal maken, dus aangezien dit toch een hypothetische oefening is – kunnen we er gewoon van uitgaan dat projectoren een vierkant zullen bedekken en niet een rechthoek. Ten tweede hebben projectorfabrikanten nogal verschillende normen voor wat een lumen is (sommige volgen een gestandaardiseerde ANSI lumen meting). We kunnen ook aannemen dat we het hier hebben over zwart tot zuiver wit, aangezien verschillende kleuren voor onze ogen verschillende waarneembare helderheden hebben. Kleurenbeelden hebben mogelijk nog meer licht nodig om levendig over te komen dan alleen zwart-wit gradiënten. Tenslotte kunnen de meeste projectoren geen zuiver zwart projecteren en gaan ze niet echt van 0 lux naar volledig wit in een pikzwarte kamer. (btw Medium geeft een nul en een kleine letter O hetzelfde weer…vreemd…o0o0o0o0). Kortom – het meten van helderheid is ingewikkeld en we zijn drastisch aan het vereenvoudigen.

Indoors

Al goed – met dat uit de weg. Als we een videoprojector van 1000 lumen hebben die een oppervlak van een vierkante meter beslaat (niet zo’n groot oppervlak), laten we dan zeggen dat ons zwartniveau 0 lux is en ons helderste wit 1000 lux. Dit geeft ons een goede contrastverhouding om alle kleuren tussen zwart en wit te tonen in een donkere kamer. Laten we nu de verlichting in deze kamer aanzetten en doen alsof we zojuist de omgevingsverlichting in de kamer hebben verhoogd tot 250 lux. Nu begint ons zwartniveau op ons oppervlak bij 250 lux en ons wit is nog steeds bij 1000 lux – ons contrast is omlaag gegaan en het beeld begint er behoorlijk uitgebleekt uit te zien. Laten we het raam in de kamer openen en de helderheid verhogen tot 1000 lux. Nu is het muuroppervlak zo helder als onze projector kan gaan en er is echt geen ruimte voor een zwart niveau – ons geprojecteerde beeld, zelfs als het zuiver witte sneeuw is – is waarschijnlijk helemaal niet zichtbaar op dit punt.

Buiten in de schaduw

Laten we naar buiten gaan in de schaduw waar het vandaag 10,000 lux aan helderheid is vandaag. Dit betekent dat we, om zelfs maar ons vorige contrast van 0-1000 lux te halen, moeten beginnen met een projector van 11.000 lumen die een vierkante meter projecteert. Ons zwart is het oppervlak van 10.000 lux en ons wit is de helderste plek van onze projectie van 11.000 lux. Voor onze ogen is dit contrastgevoel moeilijk uit te leggen vanwege alle optische en chemische veranderingen die onze ogen ondergaan om zich aan te passen en deze verschillende helderheidsniveaus waar te nemen. Een projector van 10.000 lm in een donkere kamer op een oppervlak van 1 vierkante meter kan een betere contrastverhouding hebben dan een projector van 1.000 lm op hetzelfde oppervlak, maar uw ogen kunnen het verschil moeilijk waarnemen. Of het wit van zo’n klein 10.000 lux beeld kan pijnlijk of onprettig zijn om naar te kijken.

Vol daglicht

Als u het nog steeds volgt – laten we naar vol daglicht gaan. We hebben een projectiescherm van een vierkante meter in de woestijn en het is een volle zonnige dag met 100.000 lux op ons schermoppervlak, alleen al door de zon. Om dit soort helderheid op één vierkante meter met een projector te bereiken, zouden we een projector met 100.000 lumen nodig hebben.

Gelukkig genoeg – bestaan die niet. 😨

Het wereldrecord voor de helderste projector staat op 43.000 lumen. Hij verbruikt 7kW aan stroom. Een veel standaard projector van 20.000 lumen verbruikt ongeveer 3kW en ziet er zo uit:

“Nou – kun je er niet gewoon 2 of 3 op elkaar stapelen en ze bij elkaar optellen?” Helaas werkt additief licht niet op die manier. Het feit dat er twee keer zoveel lumen uit deze projectoren komt, betekent niet dat het perceptief twee keer zo helder is. Dit komt door iets wat ik eerder heb gezegd, namelijk dat projectoren doorgaans geen lux als zwart projecteren, vooral de helderdere niet. Dus het stapelen van 2 projectoren en het projecteren van zwart zal die zwarthelderheid nog meer verhogen, wat je contrast zal schaden. Het stapelen van 2 projectoren van 5.000 lux levert iets van 7.500 lux op, niet 10.000.

We zouden 100.000 lux aan helderheid kunnen krijgen met een standaard projector van 20.000 lumen, maar alleen op een heel klein oppervlak – slechts 0,20 vierkante meter of 20 x 20 cm. Niet bepaald een scherm ter grootte van een bioscoop.

Wat als we een normaal formaat bioscoopscherm willen bedekken met projectie in volledig 100.000 lux daglicht. Laten we zeggen een 10m x 10m projectieoppervlak of ~33ft x 33ft. Om zelfs maar 100.000 lux te bereiken op een scherm van die grootte, zouden we een enkele projector nodig hebben die 1 miljoen lumen aan helderheid kan projecteren. We zouden daar nog eens 50-100% bij moeten optellen alleen al om ons een passend contrast van zwart/wit te geven. Dus met onze vrij standaard projectoren van 20.000 lumen hebben we slechts ongeveer 1-2% van de helderheid die we nodig zouden hebben om een geschikt scherm te dekken. Zelfs als we teruggaan naar de beeldverhouding van 16:9 voor een echt scherm, verkleinen we ons oppervlak tot iets meer dan de helft van een oppervlak van 10m x 10m en komen we in het bereik van 500.000-750.000 lumen. Een projector met 20.000 lumen is meestal helder genoeg in een normale bioscoop, waar een 30ft breed scherm ongeveer 400 lux krijgt voor zijn oppervlak.

Voor zover stroomverbruik en warmte – We zullen gewoon (onnauwkeurig) een lineaire toename voor lumen en wattage volgen (20k lumen was ongeveer 3500W, 43k lumen was ongeveer 7000W) – dit betekent dat om onze projector van 1 miljoen lumen aan te drijven, we ongeveer 175000W aan stroom nodig zouden hebben. Alles hangt af van het type materiaal dat wordt gebruikt om dat licht te genereren – zoals LED’s die minder stroom verbruiken dan gloeilampen – hoewel de meeste projectoren in het heldere segment xenonlampen gebruiken. Ik ben niet zeker van de juiste manier om de potentiële warmtedissipatie te berekenen voor iets dat zo helder is, maar het is waarschijnlijk helder en heet genoeg om de meeste materialen te doen smelten die zelfs maar zoveel licht kunnen genereren, bevatten en richten op een klein oppervlak.

Er zijn video’s van superheldere zaklampen die wel in de buurt komen van waanzinnige hoeveelheden lumen (hier is er een die 90.000 lumen claimt), maar projectoren moeten door veel meer optiek alleen al om hun beeld daadwerkelijk te genereren en dit kost aanzienlijke helderheid. Het verwijderen van het kleurenwiel uit een DLP-projector kan bijvoorbeeld de helderheid verdubbelen of verdrievoudigen.

Er zijn dingen die kunnen worden gedaan om het oppervlak zelf voor projectie te verbeteren, zodat het niet zoveel zonlicht absorbeert. Sommige van deze schermen zijn bijvoorbeeld zilverschermen die het licht dat van voren komt veel beter weerkaatsen dan licht dat van boven komt. Grijze schermen kunnen een beetje helpen omdat ze de absorptie van omgevingslicht verminderen – vooral in combinatie met doorzichtprojectie en zoveel mogelijk schaduw aan de voorkant.

Hoe zit het met LED-wanden?