如何控制LED燈具的顏色以及混色達成？

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

　　關于加法混色

　　LED燈具采用多個光源獲得各種色光和強度。對于演藝燈具行業(yè)，加法混色已是老生常談了。多年來，從業(yè)者采用帶濾色片的燈具來投射天幕上的同一區(qū)域，這種方式控制起來并不容易。筆者使用的首臺智能型燈具是一臺采用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，電腦燈程序員還會設置一個“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，就可以采用一個虛擬的強度值。即使制造廠家規(guī)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(shù)。

　　此處筆者寫的是“3個顏色參數(shù)”，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對于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，那么，50%的L則是飽和度為l00%的純色。對于“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，采用減法混色。如果起先發(fā)出白光，那么，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變色燈具不采用減法混色，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(jié)強度和RGB、CMY.HSL或HSV中的一個(它們之間存在一些差異)。

　　關于LED混色

　　人眼可以察覺波長為390nm-700nm的光。最初的LED燈具僅采用紅色(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是基于整個可見光譜之上提出的RGB模型的假定區(qū)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(qū)域內。通過改變每個LED芯片發(fā)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(huán)、立方體、圓錐體，甚至水果形，所有這些圖形都試圖展示HSL的三維關系。

　　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，由此對于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，即添加了琥珀色芯片。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，芯片制造廠家還成功生產出了深紅色、青色和品藍色LED。這些顏色已應用于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。

　　控制這么多的芯片可能很費力；每片芯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

　　由于LED技術的進一步發(fā)展，控制也變得越來越復雜了?？上驳氖?，一些現(xiàn)代化的控制系統(tǒng)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(shù)：RGB、CMY.HSL和HSV。

　　筆者通過一個現(xiàn)實中的例子考察這些可能性。比方說，設計師做一部音樂劇，正采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。采用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%)。