2024-01-29

如何控制LED灯的颜色并实现混色？

关于加法混色

LED灯使用多种光源来获得多种颜色和强度。对于演艺灯光行业来说，混合颜色的添加已经是司空见惯的事情。多年来，从业者一直使用带有滤色片的灯在天空上投射相同的区域，这并不容易控制。我使用的第一个智能灯具是带有三个 MR16 光源的聚光灯，每个光源都有红色、绿色和蓝色滤光片。早期此类灯具只有三个DMX512控制通道，没有独立的强度控制通道。所以在调光过程中很难保持颜色一致。通常，电脑灯编程器还会设置“熄灯颜色变化”，以便轻松熄灭灯。

色彩控制和定义

如果用户不使用纯粹的DMX值来控制智能灯具，而是采用一些抽象的控制方式，则可以使用虚拟强度值。即使制造商指定灯具使用三个DMX通道，抽象控制模式也可以分配四个手柄来控制：强度值和三个颜色参数。
这里我写的是“3个颜色参数”而不是红、绿、蓝，因为RGB只是描述颜色的一种方式。另一种描述方式是色调、饱和度和亮度-HSL（有些人称之为强度或亮度，而不是亮度）。另一种描述是色调（hue）、饱和度（saturation）和亮度（value）——HSV。值通常也称为亮度，与亮度类似。然而，HSL 和 HSV 对饱和度的定义截然不同。为了简单起见，作者在本文中将色调定义为颜色，将饱和度定义为颜色的数量。如果“L”设置为100％，则为白色，0％为黑色，则50％L为饱和度为l00％的纯色。对于“V”，O%是黑色，l00%是纯色，此时饱和度值必须弥补差异。
描述它们的另一种有效方式是 CMY，它们是三基色并使用减法来混合颜色。如果首先发出白光，则可以使用两个滤光片来获得红色：品红色和黄色；它们分别去除白光中的绿色和蓝色成分。通常，LED变色灯不采用减法混色，但这仍然是描述颜色的有效方式。
理论上，控制LED时，应该可以调节RGB、CIMI.HSL或HSV中的一种（它们之间存在一些差异）和强度。

关于LED混色

人眼可以感知波长为390nm至700nm的光。最初的LED灯仅使用红色（约630nm）、绿色（约540nm）和蓝色（约470nm）LED。这三种颜色不会混合人眼可以看到的每种颜色。图l是基于整个可见光谱所提出的RGB模型的假设区域。
三角形的三个顶点位于高度饱和的红色、绿色和蓝色区域内。通过改变每个LED芯片发出的功率，就可以得到色域内的任意颜色，但这只是理论，实际上混色效果受很多因素影响。例如，红色、绿色和蓝色的确切波长因灯而异，并且它们之间可能存在巨大差异。
色域不仅描述音调，还描述强度和饱和度。如果你在 Google 上快速搜索“色域”（colorgamut），你会看到圆形、环形、立方体、圆锥体，甚至水果形状，所有这些都试图展示 HSL 的三维关系。

添加更多颜色

随着LED的技术革新、价格下降等变化，越来越多的厂商进入这个市场。照明设计师对这种新型光源越来越期待，对灯具的亮度和控制色彩一致性的要求也越来越高。推出了白色、琥珀色、青色和紫色等新 LED 颜色。最初，最流行的组合是 RGBA，它添加了琥珀色芯片。这使得色域形状更像矩形而不是三角形。
另一种变体是 RGBW，它配备了多种白色 LED。有一些新的灯在 RGB 之上添加了白色和琥珀色 (RGBAW)。
随着LED技术的不断进步，芯片制造商也成功生产出了深红色、青色和洋红色的LED。这些颜色已应用于7色系统（深红、红色、琥珀色、绿色、青色、蓝色和品红色），从而扩大了色域，为设计师提供了更多的颜色。
控制如此多的芯片可能会很费力；每个芯片的功率的各种组合可以在色彩空间中获得相同的色点。

如何控制这些 LED

由于LED技术的进一步发展，控制变得越来越复杂。幸运的是，一些现代控制系统可以以非常简单的方式驱动任何类型的颜色系统。除了强度之外，还为用户提供了不同的颜色参数：RGB、CIMy.HSL 和 HSV。
作者通过一个现实生活中的例子检验了这些可能性。例如，一位正在制作音乐剧的设计师正在使用混合颜色的灯来给天篷染色。
舞台需要营造日落场景，设计师想从琥珀色变成粉色。使用RGB色彩空间，cuel是琥珀色(R＝100％，G＝60％，B＝0％)，cue2是粉红色(R＝100％，G＝0％，B＝60％)。