如何控制LED燈具的顏色以及混色達成?

近年來，固態LED照明燈具大量普及，筆者在此嘗試解析LED顏色技術的複雜性及其控制方式。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201612/325707.htm

　　關於加法混色

　　LED燈具採用多個光源獲得各種色光和強度。對於演藝燈具行業，加法混色已是老生常談了。多年來，從業者採用帶濾色片的燈具來投射天幕上的同一區域，這種方式控制起來並不容易。筆者使用的首臺智能型燈具是一臺採用3個MR16光源的聚光燈，它們分別帶有紅色、綠色和藍色濾色片。早期，這類燈具只有3個DMX512控制通道，沒有獨立的強度控制通道。所以很難在調光過程中保持顏色不變。通常，電腦燈程式設計師還會設置一個「滅光換色」，以便輕易地熄滅燈具。當然，還有更好的方法，此處不再一一列舉。

　　顏色的控制與定義

　　如果使用者不用純粹的DMX值來控制智能型燈具，而用某種抽象的控制方式，就可以採用一個虛擬的強度值。即使製造廠家規定燈具使用3個DMX通道，抽象的控制方式也可分配4個手柄來控制：強度值和3個顏色參數。

　　此處筆者寫的是「3個顏色參數」，而非紅色、綠色和藍色，因為RGB只是描述顏色的一種方式。另一種描述方式是色調(hue)、飽和度(saturation)與亮度(luminance)-HSL(有人稱它為強度(intensity)或明度(lightness)，而非亮度)。另一種描述是色調(hue)、飽和度(saturation)與明度(value)-HSV。Value(明度)也常被稱為brightness(亮度)，它與Iumlnance(亮度)相似。然而，HSL和HSV對於飽和度的定義差別很大。為簡單起見，筆者在本文中把色調定義為顏色，把飽和度定義為顏色的量。如果「L」被設為100%，那就是白色，0%是黑色，那麼，50%的L則是飽和度為l00%的純色。對於「V」，O%是黑色，l00%是純色，此時飽和度值必須彌補其差別。

　　另一種有效的描述方式是CMY，它們是三原色，採用減法混色。如果起先發出白光，那麼，可以利用2張濾色片來得到紅色：品紅色和黃色；它們分別移除白光中的綠色和藍色成分。通常，LED變色燈具不採用減法混色，但是這依然是一種描述顏色的有效方式。

　　從理論上講，當控制LED時，應該可以調節強度和RGB、CMY.HSL或HSV中的一個(它們之間存在一些差異)。

　　關於LED混色

　　人眼可以察覺波長為390nm-700nm的光。最初的LED燈具僅採用紅色(約630nm)、綠色(約540nm)和藍色(約470nm)的LED。這3種顏色無法混合出人眼所能看到的每一種顏色。圖l是基於整個可見光譜之上提出的RGB模型的假定區域。

　　三角形的3個頂點分別落在高飽和度的紅色、綠色和藍色區域內。通過改變每個LED晶片發出的功率，可以得到色域內的任一顏色，但這僅僅是理論，其實，混色效果受到許多因素的影響。例如紅色、綠色和藍色的確切波長因燈而異，它們之間可能存在巨大差異。

　　色域不僅能描述色調，還能描述強度與飽和度。如果通過谷歌快速搜索「colorgamut」(色域)，則會看到圓、圓環、立方體、圓錐體，甚至水果形，所有這些圖形都試圖展示HSL的三維關係。

　　添加更多的顏色

　　隨著LED的技術革新、價格下降等變化，越來越多的廠家進入了這個市場。燈光設計師對這種新光源的期待越來越強，由此對於燈具的亮度和控制顏色一致性的要求也隨之提高。白色、琥珀色、青色和紫羅蘭等新的LED顏色問世。起初，最流行的組合方式是RGBA，即添加了琥珀色晶片。這使色域的形狀更像矩形，而非三角形。

　　另一變種是RGBW，它帶有寬光譜的白色LED。更有新的燈具在RGB基礎上添加了白色和琥珀色(RGBAW)。

　　隨著LED技術的不斷進步，晶片製造廠家還成功生產出了深紅色、青色和品藍色LED。這些顏色已應用於7色體系(深紅色、紅色、琥珀色、綠色、青色、藍色和品藍色)，從而擴大了色域，可為設計師提供更多的顏色。

　　控制這麼多的晶片可能很費力；每片晶片功率的多種組合方式都可獲得顏色空間中的同一色點。

　　如何控制這些LED

　　由於LED技術的進一步發展，控制也變得越來越複雜了。可喜的是，一些現代化的控制系統能以非常簡單的方式驅動任一類型的顏色體系。除強度外，使用者會得到不同的顏色參數：RGB、CMY.HSL和HSV。

　　筆者通過一個現實中的例子考察這些可能性。比方說，設計師做一部音樂劇，正採用混色燈具給天幕染色。

　　舞臺上需要營造一個日落場景，設計師想從琥珀色變化到粉紅色。採用RGB顏色空間，cuel為琥珀色(R=lOO%、G=60%、B=O%)，cue2為粉紅色(R=100%、G=0%、B=60%)。