LED灯具混色原理及颜色控制方式.docx

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1、LED灯具混色原理及颜色把握方式1.ED灯具的颜色把握近年来，固态LED照明灯具大量普及，笔者在此尝试解析LED颜色技术的简洁性及其把握方式。关于加法混色LED灯具承受多个光源获得各种色光和强度。对于演艺灯具行业，加法混色已是老生常谈了。多年来，从业者承受带滤色片的灯具来投射天幕上的同一区域，这种方式把握起来并不简洁。笔者使用的首台智能型灯具是一台承受3个MR16光源的聚光灯，它们分别带有红色、绿色和蓝色滤色片。早期，这类灯具只有3个DMX512把握通道，没有独立的强度把握通道。所以很难在调光过程中保持颜色不变。通常，电脑灯程序员还会设置一个“灭光换色”，以便轻易地熄灭灯具。固然，还有更好的方

2、法，此处不再一一列举。颜色的把握与定义假设使用者不用纯粹的DMX值来把握智能型灯具，而用某种抽象的把握方式，就可以承受一个虚拟的强度值。即使制造厂家规定灯具使用3个DMX通道，抽象的把握方式也可安排4个手柄来把握：强度值和3个颜色参数。此处笔者写的是“3个颜色参数”，而非红色、绿色和蓝色，由于RGB只是描述颜色的一种方式。另一种描述方式是色调(hue)、饱和度(saturation)与亮度(IUminanCe)HSL(有人称它为强度(intensity)或明度(lightness),而非亮度)。另一种描述是色调(hue)、饱和度(saturation)与明度(value)HSVoValue(明

3、度)也常被称为brightness(亮度)，它与IUminanCe(亮度)相像。然而，HSL和HSV对于饱和度的定义差异很大。为简洁起见，笔者在本文中把色定义为颜色，把饱和度定义为颜色的量。假设“L”被设为100%,那就是白色，0%是黑色，那么，50%的L则是饱和度为100%的纯色。对于“V”，0%是黑色，100%是纯色，此时饱和度值必需弥补其差异。另一种有效的描述方式是CMY,它们是三原色，承受减法混色。假设起先发出白光，那么，可以利用2张滤色片来得到红色：品红色和黄色；它们分别移除白光中的绿色和蓝色成分。通常，LED变色灯具不承受减法混色，但是这照旧是一种描述颜色的有效方式。从理论上讲，当

4、把握LED时，应当可以调整强度和RGB、CMY.HSL或HSV中的一个（它们之间存在一些差异）。关于LED混色人眼可以觉察波长为390nm-700nm的光。最初的LED灯具仅承受红色（约63Onm）、绿色（约54Onm）和蓝色（约47Onm）的LED。这3种颜色无法混合出人眼所能看到的每一种颜色。图1是基于整个可见光谱之上提出的RGB模型的假定区域。三角形的3个顶点分别落在高饱和度的红色、绿色和蓝色区域内。通过转变每个LED芯片发出的功率，可以得到色域内的任一颜色，但这仅仅是理论，其实，混色效果受到很多因素的影响。例如红色、绿色和蓝色的精准波长因灯而异，它们之间可能存在巨大差异。色域不仅能描述

5、色调，还能描述强度与饱和度。假设通过谷歌快速搜寻“colorgamut（色域），则会看到圆、圆环、立方体、圆锥体，甚至水果形，全部这些图形都试图呈现HSL的三维关系。添加更多的颜色随着LED的技术革、价格下降等变化，越来越多的厂家进入了这个市场。灯光设计师对这种光源的期吩越来越强，由此对于灯具的亮度和把握颜色全都性的要求也随之提高。白色、琥珀色、青色和紫罗兰等的LED颜色问世。起初，最流行的组合方式是RGBA,即添加了琥珀色芯片。这使色域的外形更像矩形，而非三角形。另一变种是RGBW,它带有宽光谱的白色LEDo更有的灯具在RGB根底上添加了白色和琥珀色（RGBAWh随着LED技术的不断进步，芯

6、片制造厂家还成功生产出了深红色、青色和品蓝色LEDo这些颜色已应用于7色体系（深红色、红色、琥珀色、绿色、青色、蓝色和品蓝色），从而扩大了色域，可为设计师供给更多的颜色。把握这么多的芯片可能很费力；每片芯片功率的多种组合方式都可获得颜色空间中的同一色点。如何把握这些LED由于LED技术的进一步进展，把握也变得越来越简洁了。可喜的是，一些现代化的把握系统能以格外简洁的方式驱动任一类型的颜色体系。除强度外，使用者会得到不同的颜色参数：RGB、CMY、HSL和HSVo笔者通过一个现实中的例子考察这些可能性。比方说，设计师做一部音乐剧，正承受混色灯具给天幕染色。舞台上需要营造一个日落场景，设计师想从琥

7、珀色变化到粉红色。承受RGB颜色空间，cuel为琥珀色（R=IO0%、G=60%、B=0%）,cue2为粉红色IR=Io0%、G=0、B=60%h对于任何一台以RGB方式来定义颜色的灯光把握台，图3所显示的变化过程正是设计师所得到的。琥珀色沿直线路径变化到粉红色，穿过稍显淡雅的红色。此时笔者写的是“稍显淡雅”，由于这种状况下，色点与色轮中心之间的距离表示颜色的饱和度，2个端点所连线段的中点离圆心更近了。但假设从粉红色变化到绿色，在这个模型中，由于沿直线运动，恰好穿过白光。这可能是所需要的效果，也可能不是。设计师可能要用另一种略有差异的方式来描述这2个cueo在图4中，2个端点完全一样：琥珀色和

8、粉红色。但是在本例中，颜色空间承受HSL。CUel是色调为10%的琥珀色（对于色调，百分数可赐予任意单位），cue2是色调为90%的粉红色。留意：假设以琥珀色为起点按逆时针方向旋转，则得到红色。该例中，在琥珀色变化到粉红色的过程中，穿过的是与2个端点饱和度一样的红色区，由于它们到圆心的距离相等。这是沿弧线运动，而非直线。假设承受其他方式来定义颜色空间，又会如何？比方对它做镜像，当色点为琥珀色时，按逆时针方向运动，则先得到黄色，而非红色。实际把握中，要得到红色，必需走很长一段路。在图5中，CUel照旧为琥珀色（10%的色调），cue2照旧为粉红色（90%的色调它们的数值一样，只是消灭在空间的不同

9、位置。由于这些都是纯粹假设的颜色空间，笔者在原有的HSL后面加上一撇一一HSr假设认真阅读上文，就会看到琥珀色的色调被定义为10%o3个字母后面的这一撇表示对色轮做了镜像。无论灯具承受何种主颜色体系（RGB、RGBA、RGBW或RGBAW）,都可以在多个颜色空间（RGB、CMY、HSL、HSL,HSV、HSV中编写CUe并实现过渡变化。让LED灯具看上去像白炽光源类灯具市场中有些LED灯具偏琥珀色或偏红色。当灯丝冷却时（调暗），白炽光源类灯具会变得更红，如同280OK的光，要比560OK的光看上去更红。在实际工作中，人们是在假定灯具功率开足的状况下选择颜色的，但是在剧场中使用者往往不会把灯开足

10、使用，因此，通常在舞台上看到的并非是320OK的光，更像是280OK的光，其实，当接近灭光时，景物确实变得相当红。即使设计师使用了偏蓝色调的色纸，也会有这种效果。为使设计师能够更好地结合使用LED舞台灯具与常规灯具，制造厂家支持在低亮度端驱动更多红色芯片。这种方式使常规灯具和固态灯具在极低亮度时所呈现出的颜色更加匹配。精度固态光源的响应时间是瞬间的，因此，假设停顿驱动芯片，它们就停顿发光。但调整LED亮度时会消灭这样的问题：以低精度方式把握时，在缓慢变光过程中，亮度看上去是跳变的，尤其在低亮度时更是如此。在改善低精度方式把握方面，早期的LED灯具无所作为，但近年来，先进的LED驱动器在其固件中

11、添加了缓冲器，以减缓这种突变。16位把握方式（同时承受2个数据段）是灯具制造厂家承受的另一种形式，它在不添加软件缓冲器的状态下，解决了缓慢变光过程中的跳变问题。这把任务转移给把握台，让其发出大量数据，避开了过量采样灯具中的数据，并推想了亮度的走势。这种推想可以大大延缓LED灯具的响应时间，但假设此时设计师需要灯光随音乐实现突变，就很难实现了。有些LED灯具制造厂家已在其固件中设置了调光曲线。通常，调光器制造厂家可以让使用者调整曲线，把所输入的把握值转化为调光器的实际功率输出值。常见曲线有：线性、反向和平方曲线。当需要快速频闪时，LED的瞬间响应时间效果很好。但假设它与常规灯具结合使用，那在按切

12、光键时，看上去会很不自然。此时LED瞬间灭光，而大功率常规灯具的灯丝冷却还需要一小段时间。有些制造厂家在LED灯具中设置了多条曲线,比方：快速(Quick)、标准(Standard)线性(Linear)和鸨丝(Tungsten)仿真模式。这延缓了发送给LED驱动系统的把握值。校准当承受20台LED灯具给天幕染色时，很简洁觉察LED输出的不全都性。为此，高端的固态灯具带有内置的校准通道。这些通道可以降低或提升发送给每片芯片的把握值。通过调整每台灯具的调色盘，使用者可以获得LED输出的全都性；假设某台灯具总是比其他灯具更红，那么，可以从整体上压低红色。多年来，笔者觉察假设与一位挑剔的设计师合作，而

13、这位设计师又不宠爱这种场景，那就必需不断地调整它。由于设计师追求的是效果，实际的操作问题都只是借口。相关色温国际照明委员会(CIE)对相关色温(CCTCorrelatedColorTemperature)的定义是：与具有一样亮度和既定观看条件下刺激的颜色最相像的普朗克辐射体的温度。笔者不是照明科学家，所以把它描述为：白光的颜色。通常，相关色温的单位承受开氏温标k)o为了便于理解，笔者给出常见白光的开氏温标：蜡烛约为1800K,家用灯泡约为2800K,舞台聚光灯约为3200K,日光约为5600K,电视屏幕可超过100OoKo具有变色功能的智能型灯具也能定义白光吗？当然可以，但定义起来会有难度，由

14、于有很多带有颜色倾向的白光。为此，在对待具有CCT功能的混色灯具时可以再安排一个参数。对于任何一台灯具，无论选用RGB、HSL或是HSV”来把握，都可以调拨到不同相关色温的白光。假设想要纯红色，那么，白光的定义就显得毫无意义了，因此，笔者无视这一点。但使用者期望接近白光时，可以突然开通并驱动芯片，获得定义的带有某种颜色倾向的白光。简洁来说,在一台三色LED灯具中，让全部芯片处于满功率运行可以得到白光，但同样，对于另一个CCT不同的白光，驱动红色芯片要比驱动蓝色和绿色芯片略强一些。图6、图7呈现的是全色谱，但其圆心显示了2种不同颜色倾向的白光。其中一个白光的CeT为3200K,另一个白光的CCT为6000Ko结语把握LED灯具的颜色有确定难度，假设读者综合应用本文争论的全部把握方法，可能有100余种方法来让LED灯具发出某一色光。虽然先进的抽象式把握系统有助于简化某些任务，但假设没有认真理解把握台和灯具的功能以及它们之间如何相互作用，想在舞台上获得需要的效果，照旧是一项很困难的任务。使用者选择的系统应有助于呈现脑海中的画面效果，并可便利快捷地在舞台上获得这种效果，以满足设计师和观众对颜色的要求。