由于比傳統(tǒng)照明方案擁有更多的優(yōu)勢，高亮度（HB）LED的應(yīng)用日趨普及。高亮度LED的優(yōu)勢之一是其具有生成不同色彩的能力，它們?yōu)檠b飾照明領(lǐng)域開啟了一片新天地。

　　混色的本質(zhì)是通過以適當(dāng)比例混合基礎(chǔ)原色生成次級（secondary）色彩的過程。本文將解釋混色背后的科學(xué)，包括涉及到的數(shù)學(xué)公式以及如何有效地應(yīng)用它們。

　　混色和多點(diǎn)激勵空間背后的科學(xué)

　　原色并不是光的基本屬性，但往往涉及到眼睛對光的心理反應(yīng)。人們認(rèn)為，原色是完全相互獨(dú)立的，但可以組合以生成一個有用的色彩范圍（色域）。

　　類似于任何其他物理現(xiàn)象的數(shù)學(xué)表示，顏色模型可以以不同方式表述。每種模型各有優(yōu)缺點(diǎn)。建模的目標(biāo)是盡量減少公式的復(fù)雜性和變量數(shù)，同時最大化“實(shí)質(zhì)”和覆蓋范圍。

　　傳統(tǒng)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(diào)—飽和度—亮度（HSB），其它基于色調(diào)—飽和度的模型，如L×a×b和xyY。它們的一個共同特點(diǎn)是變量的數(shù)量或維度。

　　在多點(diǎn)激勵空間，色彩激勵由字母R、Q、G、B和A等標(biāo)記。Q指代任意顏色的激勵；字母R、G、B和A，留作表述選定的用于配色實(shí)驗(yàn)的固定基本激勵。紅，綠，藍(lán)和琥珀色是基本激勵。

　　色彩匹配是指給定激勵Q由確定的各種基本激勵R、G、B和A以適當(dāng)數(shù)量混合得到的附加劑混合物，可用矢量方程（公式1）表示為：

　　公式1

　　在多維空間，顏色激勵Q由多點(diǎn)激勵向量Q表述；其中：標(biāo)量乘數(shù)（scalar multiplier）RQ、GQ、BQ和AQ分別以給定的基本激勵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(diǎn)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(diǎn)，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(diǎn)相同。其四個組成部分，位于由R、G、B和A定義的軸；長度分別等于Q的多點(diǎn)激勵值RQ、GQ、BQ和AQ。方向和長度可由公式（1）定義的簡單矢量方程獲得。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）。在顏色混合算法中，固件計算這些值應(yīng)該是什么，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(lán)色。通過以適當(dāng)比例混合兩個原色（如紅色和藍(lán)色），就能夠產(chǎn)生它們連線上的顏色；同樣，當(dāng)混合藍(lán)色和綠色時，可以產(chǎn)生藍(lán)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(jìn)行混合可以產(chǎn)生位于這個三角形內(nèi)的任何顏色。該區(qū)域被稱為色域。但在CIE 1931標(biāo)準(zhǔn)中，顏色分布是不均勻且不連續(xù)的。因此，在決定生成所需的次級色而計算原色的比例時，不能采用線性變換。

　　在混色應(yīng)用中，固件按照CIE色度坐標(biāo)的形式輸入數(shù)值。對每個LED通道，它將坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成適當(dāng)?shù)恼{(diào)光值。簡單說，調(diào)光值就是LED必須具有的調(diào)光范圍所對應(yīng)最大光通量的比例。如果以智能方式迅速接通和關(guān)斷LED的工作電流，就可對LED的光通量輸出實(shí)施控制。

　　固件會將該坐標(biāo)與預(yù)編程的系統(tǒng)中所用LED特點(diǎn)的知識相結(jié)合。然后，它完成必要的將色度坐標(biāo)正確轉(zhuǎn)換成每個LED亮度值的轉(zhuǎn)換功能。該過程使得其光輸出混合在一起以生成輸入到系統(tǒng)中的顏色的色度坐標(biāo)。

　　多通道混色

　　在三通道混色中，如果將三個LED的色點(diǎn)映射到CIE 1931圖表，就構(gòu)成一個三角形。如果是紅，綠，藍(lán)三個LED，則其形成的三角形就被稱為色域（見圖2）。三角形的面積內(nèi)，是這三個特定LED可以實(shí)現(xiàn)顏色的色域。三角形內(nèi)任何（X，Y）坐標(biāo)都是進(jìn)入系統(tǒng)的輸入。它提供了該系統(tǒng)可生成顏色的廣闊范圍和特定色彩的高分？？辨率。

　　四通道混色方案基于疊加原理。它以三通道混色算法為基礎(chǔ)。對四通道混色來說，如果將四個LED的色點(diǎn)映射到一個色彩空間圖，很明顯，四個LED色點(diǎn)間的連線，就構(gòu)成了四個三角形，圖3。

　　圖3：四通道混色疊加。

　　這里介紹的方法可很容易地擴(kuò)展到超過4個LED的顏色。在圖3中，四個三角形分別是由以下的三個LED構(gòu)成的：TR1（R、G、B）、TR2（R、A、B）、TR3（R、G、B）和TR4（G、A、B）。

　　求解每個三角形以獲得用于三通道混色功能的調(diào)光值。在這四個三角形中，兩個給出全部非負(fù)的調(diào)光值；另兩個，有一個或全部的負(fù)調(diào)光值。帶負(fù)值的三角形是無效的應(yīng)丟棄掉。對全部正值的調(diào)光陣列進(jìn)行累計。

　　對負(fù)調(diào)光值的解釋是：所需的點(diǎn)位于由三種基本顏色組成的三角形外。例如，圖4中，RGB三角形為P1返回所有非負(fù)值；對P2，至少有一個亮度值是負(fù)的。

　　圖4：正和負(fù)調(diào)光值。

　　為每個所需的顏色增加兩個正調(diào)光值，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)適。負(fù)調(diào)光值意味著所需的顏色不在色域內(nèi)，因此不能使用特定的基色產(chǎn)生。

 　　混色實(shí)施細(xì)則

　　固件采用CIE 1931色彩空間輸入顏色要求。CIE 1931色彩空間中的特定點(diǎn)由三個值（x、y、Y）代表。（X，Y）定義點(diǎn)，其中：X和Y值表示顏色的色調(diào)和飽和度。色調(diào)是CIE 1931色彩空間的一個維度。飽和度是該色彩空間的第二個維度。（x、y、Y）向量的第三個值規(guī)定光通量，以流明（lm）表示。固件必須有（x、y、Y）向量的輸入，這些輸入指定在某些額定電流和結(jié)溫下的顏色和光通量輸出。

　　圖5所示是采用賽普拉斯的PowerPSoC系列控制器的混色算法框圖；PowerPSoC系列控制器基于8位微控制器，并整合了四個通道的具有滯環(huán)控制器特點(diǎn)的獨(dú)立恒流驅(qū)動器。它還含有可配置的模擬和數(shù)字外圍模塊；工作電壓為7V至32V；采用內(nèi)部MOSFET開關(guān)可驅(qū)動1A電流。

　　圖5：使用賽普拉斯的PowerPSoC實(shí)現(xiàn)的混色算法框圖。

　　基于三通道混色的四通道混色實(shí)現(xiàn)。算法的第一步是創(chuàng)建一個矩陣。然后，找到逆矩陣并乘以Ymix。 Ymix是總混光輸出必須產(chǎn)生的流明數(shù)。這些步驟如圖6所示。

　　圖6：三通道混色流程圖。

　　產(chǎn)品的Y值是生成所要求的顏色和通量所必要的各LED的流明輸出。

　　在這點(diǎn)上，全部數(shù)學(xué)運(yùn)算帶來以這種方式進(jìn)行運(yùn)算的兩個好處。如果最終產(chǎn)品的任何Y值是負(fù)的，它標(biāo)志著要求的色坐標(biāo)要求是無效的。換句話說，所要求的顏色在色域之外。

　　另外，要檢查產(chǎn)品的Y值，如果比三個LED的任一個最大流明輸出大，這意味著Ymix的輸入過大。在這種情況下，固件會縮小這些值，以使在請求的（X、Y）坐標(biāo)產(chǎn)生最大可能的光通量。

　　圖7中的流程圖描述了四通道混色算法所需的步驟。如果四個LED的色點(diǎn)映射到該圖表，它就形成了四個三角形。這些三角形是由以下三種LED構(gòu)成的：（R、G、B）、（R、A、B）、（R、G、A）和（G、A、B）。在流程圖中，這些三角形被表述為TRI1、TRI2、TRI3和TRI4。

　　采用三通道算法求解這些三角形的調(diào)光值。求解每個三角形以計算各TR值。如果從這個過程中獲得的三個調(diào)光值中有負(fù)值，那么該組解就是無效的。如果解是有效的，三個亮度值將被保存。當(dāng)?shù)玫饺M有效調(diào)光值中的兩組后，就沒必要繼續(xù)求解其它三角形。

　　操作流程跳到“新增兩個調(diào)光值集”這一過程，如圖7所示。六個保存的亮度值加在一起得到四個值，系統(tǒng)中的四個LED各一。將這四個值調(diào)適到適當(dāng)?shù)恼{(diào)光分辨率，求解亮度值的過程就完成了。

　　圖7：四通道混色流程圖。

　　最后，這四個調(diào)光值被用作內(nèi)部或外部驅(qū)動器的輸入，這些驅(qū)動器通過調(diào)制每個通道的電流來控制LED的亮度。如果四組解中的任三個是無效的，就意味著所需的顏色不在色域內(nèi)。

　　用戶可以執(zhí)行這個錯誤條件?？赏ㄟ^繼續(xù)保留舊顏色、關(guān)閉LED等方法實(shí)現(xiàn)。這些三通道和四通道混色算法可以擴(kuò)展到更多LED，以及各種照明應(yīng)用。