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光電/顯示技術  

深入瞭解色彩混合背後的科學原理

上網時間: 2012年08月16日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:發光二極體  混色  調光值  LED照明 

作者:Anshul Gulati

應用工程師

Cypress

由於比傳統照明方案擁有更多的優勢,高亮度(HB)LED的應用日趨普及。高亮度LED的優勢之一是其具有產生不同色彩的能力,它們為裝飾照明領域開啟了一片新天地。

混色的本質是透過以適當比例混合基礎原色產生次級(secondary)色彩的過程。本文將解釋混色背後的科學,包括涉及到的數學公式以及如何有效地應用它們。

混色和多點激勵空間的科學原理

原色並不是光的基本屬性,但往往涉及到眼睛對光的心理反應。人們認為,原色是完全相互獨立的,但可以組合以產生一個有用的色彩範圍(色域)。

類似於任何其他實體現象的數學表示,顏色模型可以以不同方式表述。每種模型各有優缺點。建模的目標是盡量減少公式的複雜性和變量數,同時最大化‘實質’和覆蓋範圍。

傳統上,無論分配給變量何種含義,其中三個足以描述所有顏色:RGB,色調─飽和度─亮度(HSB),其它基於色調─飽和度的模型,如L×a×b和xyY。它們的一個共同特點是變量的數量或維度。

在多點激勵空間,色彩激勵由字母R、Q、G、B和A等標記。Q指代任意顏色的激勵;字母R、G、B和A,留作表述選定的用於配色實驗的固定基本激勵。紅,綠,藍和琥珀色是基本激勵。

色彩匹配是指特定激勵Q由確定的各種基本激勵R、G、B和A以適當數量混合得到的附加劑混合物,可用向量方程(公式1)表示為:


公式1

在多維空間,顏色激勵Q由多點激勵向量Q表述;其中:標量乘數(scalar multiplier)RQ、GQ、BQ和AQ分別以特定的基本激勵R、G、B和A的約定的各自度量單位來測量,它們被稱為Q的多點激勵值。

圖1是公式1線性多維空間的幾何表示。單位向量R、G、B和A代表基本激勵,它們界定了空間。他們有共同起點,指向四個不同方向。


圖1:多維色彩空間。

向量Q與R、G、B和A的原點相同。其四個組成部份,位於由R、G、B和A定義的軸;長度分別等於Q的多點激勵值RQ、GQ、BQ和AQ。方向和長度可由公式(1)定義的簡單向量方程獲得。R、G、B和A定義的空間,被稱為多激勵空間。在該空間,顏色激勵Q可看作一個多激勵向量(RQ、GQ、BQ和AQ)。在顏色混合演算法中,韌體運算這些值應該是什麼,以獲得色彩激勵Q。

混色

圖2顯示的是CIE 1932色度圖。圖中有三個LED:紅色,綠色和藍色。透過以適當比例混合兩個原色(如紅色和藍色),就能夠產生它們連線上的顏色;同樣,當混合藍色和綠色時,可以產生藍色和綠色連線上的所有顏色。


圖2:CIE色度圖。

對這三種LED色進行混合可以產生位於這個三角形內的任何顏色。該區域被稱為色域。但在CIE 1931標準中,顏色分佈是不均勻且不連續的。因此,在決定產生所需的次級色而運算原色的比例時,不能採用線性變換。


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