高清电视和数字影院芯片助力医疗影像创新

数字光处理技术迎来20周年,但其发明者已将目光投向未来

数字光处理(DLP)技术是高清电视和数字影院背后的技术,以及目前正在开发的3D图像渲染技术,后者可能在医疗诊断和治疗方面取得突破——本月迎来20周年。

DLP技术由德州仪器(TI)于1987年推出,它使用一种称为数字微镜器件(DMD)的光学半导体来数字调制光线。DMD通过使用微观镜片的矩形阵列来实现这一点,这些镜片对应于投影图像中的光线。这些镜片每秒数千次地向光源倾斜或远离光源,可以产生多达1,024种灰度阴影,在某些高端投影显示器中,这些灰度阴影可以组合成超过35万亿种不同的颜色。

DLP技术实现了令人惊叹的色彩和清晰度显示,对此,爱好者们可以感谢德州仪器的研究员拉里·霍恩贝克,是他的一系列创新将他的工作(探索如何利用反射原理来操纵光线)转变为今天的高清娱乐,更不用说未来的3D医疗影像系统了。霍恩贝克,64岁,他说DLP技术开启了“数字启蒙时代”,在德州仪器工作了三十多年后,他将于本月底在华盛顿特区被 inducted into 美国国家工程院。


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在1970年代后期,德州仪器指派霍恩贝克为国家安全局(NSA)的一个项目工作,该项目旨在开发光学相关器,以便在监视期间快速检测物体,例如坦克和装甲运兵车。该项目为霍恩贝克开发DMD铺平了道路,DMD成为DLP技术的基础。

迄今为止,德州仪器已出货超过1200万台DLP设备,并且这项技术可以在大约50种不同的高清电视型号中找到,这些型号来自许多不同的电视制造商。此外,根据德州仪器的说法,目前正在使用4000多台DLP影院投影机,这占全球影院数字影院安装量的99%。

DLP的引入对电影行业产生了巨大影响,直到最近,电影行业还依赖昂贵而笨重的胶片卷轴将电影运送到影院。故事片导演兼制片人乔治·卢卡斯从一开始就是数字电影和投影技术的拥护者。事实上,DLP影院投影机技术的 seminal moment 出现在1999年,当时它在洛杉矶和纽约市的两个屏幕上首次公开演示,标志着卢卡斯影业的《星球大战前传I:幽灵的威胁》的上映。“当星球大战电影首映时,我热泪盈眶,”霍恩贝克说。“我真的,真的很投入到电影技术的历史中。有一种历史性的过渡感。”

高清电视和数字影院仅仅触及了DLP功能的表面。“想象一下一个3D投影仪,它可以瞄准应该切除肿瘤的组织区域,”霍恩贝克说。医生们希望DLP技术能帮助他们在放射治疗期间更准确地定位肿瘤,从而保护周围的健康组织。

DLP技术是位于马萨诸塞州贝德福德的 Actuality Systems 开发的 Perspecta 成像系统的关键组成部分,该系统用于创建患者内部器官的3D渲染图,包括其中的恶性和良性肿块。为了制作这些3D表示,每秒以5,000张图像的速度投影每个器官横截面的数千张二维图像。人眼无法以这种速度检测到单独的二维图像,而是将它们的累积视为一个3D数字模型。最终结果看起来像一个全息图,为医疗专业人员提供人体360度数字渲染图。

对于一位毕业于克利夫兰凯斯西储大学并获得固态物理学博士学位的博士来说,这还不错,他最初曾被一家公司拒绝工作,但后来却在这家公司度过了他生命中的接下来的34年。“我当时都准备去开出租车了,”他在谈到1973年的第一次面试时说。然而,他在交通运输行业的职业生涯并没有起飞,因为他很快被召回,并获得了一份帮助德州仪器开发其新兴的电荷耦合器件(CCD)技术的工作。“我告诉他们我对那个不太了解,”霍恩贝克说,“他们告诉我没关系,我已经得到这份工作了。他们正确地认为,基于我的博士论文研究,我可以将各种事物整合在一起并使它们发挥作用。”

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