如何控制LED灯具颜色?

现在大街上随处可见的LED显示屏，还有装饰用的LED彩灯以及LED车灯，处处可见LED灯的身影，LED已经融入到生活中的每一个角落。近年来，固态LED照明灯具大量普及，笔者在此尝试解析LED颜色技术的复杂性及其控制方式。

关于加法混色

LED灯具采用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，从业者采用带滤色片的灯具来投射天幕上的同一区域，这种方式控制起来并不容易。笔者使用的首台智能型灯具是一台采用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控制通道，没有独立的强度控制通道。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。当然，还有更好的方法，此处不再一一列举。

颜色的控制与定义

如果使用者不用纯粹的DMX值来控制智能型灯具，而用某种抽象的控制方式，就可以采用一个虚拟的强度值。即使制造厂家规定灯具使用3个DMX通道，抽象的控制方式也可分配4个手柄来控制：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，因为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(luminance) -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) -HSV。Value(明度)也常被称为brightness(亮度)，它与Iumlnance(亮度)相似。然而，HSL和HSV对于饱和度的定义差别很大。为简单起见，笔者在本文中把色调定义为颜色，把饱和度定义为颜色的量。如果“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其差别。

另一种有效的描述方式是CMY，它们是三原色，采用减法混色。如果起先发出白光，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变色灯具不采用减法混色，但是这依然是一种描述颜色的有效方式。

从理论上讲，当控制LED时，应该可以调节强度和RGB、CMY. HSL或HSV中的一个(它们之间存在一些差异)。

关于LED混色

人眼可以察觉波长为390 nm-700 nm的光。最初的LED灯具仅采用红色(约630 nm)、绿色(约540 nm)和蓝色(约470 nm)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l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。通过改变每个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，混色效果受到许多因素的影响。例如红色、绿色和蓝色的确切波长因灯而异，它们之间可能存在巨大差异。

色域不仅能描述色调，还能描述强度与饱和度。如果通过谷歌快速搜索“color gamut” (色域)，则会看到圆、圆环、立方体、圆锥体，甚至水果形，所有这些图形都试图展示HSL的三维关系。

添加更多的颜色

随着LED的技术革新、价格下降等变化，越来越多的厂家进入了这个市场。灯光设计师对这种新光源的期待越来越强，由此对于灯具的亮度和控制颜色一致性的要求也随之提高。白色、琥珀色、青色和紫罗兰等新的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。这使色域的形状更像矩形，而非三角形。

另一变种是RGBW，它带有宽光谱的白色LED。更有新的灯具在RGB基础上添加了白色和琥珀色(RGBAW)。随着LED技术的不断进步，芯片制造厂家还成功生产出了深红色、青色和品蓝色LED。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，可为设计师提供更多的颜色。控制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。

如何控制这些LED

由于LED技术的进一步发展，控制也变得越来越复杂了。可喜的是，一些现代化的控制系统能以非常简单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HSV。

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，正采用混色灯具给天幕染色。舞台上需要营造一个日落场景，设计师想从琥珀色变化到粉红色。采用RGB颜色空间，cue l为琥珀色(R=lOO%、G=60%、B=O%)，cue 2为粉红色(R=100%、G=0%、B=60%)。现在的LED灯或许会有一些问题，但是我们相信随着科学技术的快速发展，在我们科研人员的努力下，这些问题终将呗解决，未来的LED一定是高效率，高质量的。