CN115397059A - 一种提高rgb发光二极管变色过渡效果的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高RGB发光二极管变色过渡效果的控制方法，步骤如下：S1:设定显示初始状态；根据系统要求的HSV颜色空间，将HSV颜色空间转换到RGB颜色空间，并根据转换的RGB值设定控制端口的PWM占空比，显示设备的默认初始状态；其中，对于共阳极RGB发光二极管，RED端占空比为(1‑R/255)*100%，GREEN端占空比为（1‑G/255）*100%，BLUE端占空比为（1‑B/255）*100%；对于共阴极RGB发光二极管，RED端占空比为(R/255)*100%，GREEN端占空比为（G/255）*100%，BLUE端占空比为（B/255）*100%；S2：根据业务逻辑要求，调整HSV颜色空间的参数；S3：将调整后的HSV颜色空间的参数根据转换公式转换到RGB颜色空间；S4：根据S3中转换公式计算的RGB值设置控制端口的PWM占空比，调整灯光显示效果；S5：根据业务逻辑需求，重复S3‑S5的操作过程。
Description
技术领域
本发明属于RGB发光二极管技术领域，尤其涉及一种提高RGB发光二极管变色过渡效果的控制方法。
背景技术
RGB发光二极管是一种常用的电子元器件，用来制作智能灯带、信号指示等诸多领域，由红色、绿色和蓝色三个独立灯珠组成。三种颜色任意组合可产生其它颜色，如红色和绿色同时亮，蓝色不亮则呈现黄色，绿色和蓝色同时亮，红色不亮则呈现青色，三色都亮则产生白色。RGB发光二极管的控制电路也非常简单，其实就是三个发光二极管，共阳性的控制电路如图3所示，若要点亮某一个发光二极管，只需要给对应的控制端低电平即可。实际控制中，为了实现发光二极管颜色渐变和组合出更多的颜色，通常控制端口使用PWM进行控制，根据RGB颜色空间，通过调整控制端PWM的占空比来调整颜色分量。例如希望RGB灯显示橙色(颜色分量为红255,蓝127,绿0)，则用单片机控制RED引脚输出低电平，GREEN引脚输出高电平，BLUE输出占空比50％的PWM信号即可。
目前，很多应用中需要将RGB发光二极管设计流光或者颜色渐变效果，使RGB发光二极管颜色柔和过渡以提高用户体验感受，现有RGB发光二极管驱动时通常采用三路PWM波形分别控制发光二极管的R、G、B三个引脚，通过调整PWM的占空比调节三种颜色灯珠的亮度，从而根据RGB三基色原理，合成不同颜色，理论上根据RGB三基色原理，RGB发光二极管可以合成显示任意颜色，但是，在实际控制中，受限于制造工艺，灯光显示效果并不完全像理论设计那样能够让颜色均匀平滑的变化，尤其是在灯光亮度并不太饱和的情况下，如RED、GREEN和BLUE上同时提供占空比80％的PWM信号，则理论上对应的颜色分量为红51，绿51，蓝51，应显示为深灰色，实际显示的效果为红绿蓝三个独立的亮度很低的三个点，显示效果比较差。若通过程序直接推演RGB数值驱动发光二极管，由于器件限制，部分颜色不能并不能像理论计算的结果一样完美呈现，导致理论计算的光线渐变效果和实际呈现并不一致。而且由于RGB模型是一种机器视觉模型，并不符合人眼视觉模型，利用软件上的数据定向改变实现视觉上的平滑过渡就比较困难，容易使人感觉颜色过渡过程比较突兀，降低用户体验。而且，制作流光或者颜色渐变效果时预设几种固定颜色并进行切换，颜色种类有限，渐变效果不够柔和。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种提高RGB发光二极管变色过渡效果的控制方法，通过将HSV颜色空间的参数转换到RGB颜色空间的转换算法计算并最终转换到硬件识别的RGB颜色空间，物理控制模式不变，提升显示效果，同时，不增加硬件成本。
为了实现上述目的，本发明提供的一种提高RGB发光二极管变色过渡效果的控制方法，步骤如下：
S1:设定显示初始状态；根据系统要求的HSV颜色空间，将HSV颜色空间转换到RGB颜色空间，并根据转换的RGB值设定控制端口的PWM占空比，显示设备的默认初始状态；
其中，对于共阳极RGB发光二极管，RED端占空比为(1-R/255)*100％，GREEN端占空比为(1-G/255)*100％，BLUE端占空比为(1-B/255)*100％；
对于共阴极RGB发光二极管，RED端占空比为(R/255)*100％，GREEN端占空比为(G/255)*100％，BLUE端占空比为(B/255)*100％；
S2：根据业务逻辑要求，调整HSV颜色空间的参数；
S3：将调整后的所述HSV颜色空间的参数转换到RGB颜色空间，转换公式为
C＝V×S
X＝C×(1-|(H/60°)mod2-1|)
m＝V-C
(R,G,B)＝((r+m)×255,(g+m)×255,(b+m)×255)
其中，H为HSV颜色空间的色调、S为HSV颜色空间的饱和度、V为HSV颜色空间的明度，R为RGB颜色空间的红色，G为RGB颜色空间的绿色，B为RGB颜色空间的蓝色，C、V、S、X和m均为中间运算代号；
S4：根据所述S3中转换公式计算的RGB值设置控制端口的PWM占空比，调整灯光显示效果；
S5：根据业务逻辑需求，重复S3-S5的操作过程。
优选地，具体步骤如下：
S1:选用共阳极RGB发光二极管，设定饱和度和明度为1，色调H从0°开始显示，根据转换公式：
C＝V×S＝1
X＝C×(1-|(H/60°)mod2-1|)＝0
m＝V-C＝0
(R,G,B)＝((r+m)×255,(g+m)×255,(b+m)×255)＝(255,0,0)
此时，对应的颜色为红色，根据转换公式可知，控制端占空比为(1-R/255)*100％，处理器控制RED占空比0％，GREEN和BLUE引脚占空比100％；
S2:制作流光效果，调整HSV颜色空间的参数，饱和度和明度保持1不变，色调按10度步进，即H＝0+10°，S＝1，V＝1；
S3:将调整后的所述HSV颜色空间的参数转换到RGB颜色空间，代入转换公式计算：
C＝V×S＝1
X＝C×(1-|(H/60°)mod2-1|)＝0.167
m＝V-C＝0
(R,G,B)＝((r+m)×255,(g+m)×255,(b+m)×255)＝(255,43,0)
S4:根据前述转换公式计算结果，处理器需控制RED引脚占空比为(1-255/255)*100％＝0，GREEN引脚PWM的占空比为(1-43/255)*100％＝83％，BLUE引脚为(1-0/255)*100％＝100％，即可在一个流光周期内均匀过渡呈现36种不同的颜色的流光渐变效果；
优选地，若所述S2中色调以1度步进，在一个流光周期内可呈现360种不同的颜色的流光渐变效果；
优选地，若所述S2中保持色调H不变，使明度从0到1的连续变化，可以得到保持某一颜色而呈现该颜色下亮度渐变的呼吸效果。
本发明提供的一种提高RGB发光二极管变色过渡效果的控制方法，具有如下有益效果：
1.本法明先在更符合人类观感的HSV颜色空间下进行颜色计算，再通过颜色空间坐标转换把计算结果转换到适用于RGB发光二极管硬件驱动的RGB颜色空间，从而，提升RGB发光二极管的控制效果，通过转换算法计算并最终转换到硬件识别的RGB空间，物理控制模式不变，提升显示效果同时不增加硬件成本，而且，颜色计算在HSV颜色空间下进行，HSV颜色空间通过色调H、饱和度S和明度V来描述颜色信息，更加直观和符合人眼识别习惯，更符合人类观感。
2.通过控制较高的饱和度，可以去除硬件显示效果较差的颜色分布，如灰色等，使LED颜色显示与理论计算高度统一，避免显示失真。
附图说明
图1为本发明提供的一种提高RGB发光二极管变色过渡效果的控制方法的流程示意图。
图2为本发明提供的一种提高RGB发光二极管实现流光渐变过渡效果的控制方法的流程示意图。
图3为共阳极RGB发光二极管电路连接图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明做进一步说明，以助于理解本发明的内容。
如图1-3所示，为本发明提供的一种提高RGB发光二极管变色过渡效果的控制方法，步骤如下：
S1:设定显示初始状态；根据系统要求的HSV颜色空间，将HSV颜色空间转换到RGB颜色空间，并根据转换的RGB值设定控制端口的PWM占空比，显示设备的默认初始状态；
其中，如图3所示，对于共阳极RGB发光二极管，RED端占空比为(1-R/255)*100％，GREEN端占空比为(1-G/255)*100％，BLUE端占空比为(1-B/255)*100％；
对于共阴极RGB发光二极管，RED端占空比为(R/255)*100％，GREEN端占空比为(G/255)*100％，BLUE端占空比为(B/255)*100％；
S2：根据业务逻辑要求，调整HSV颜色空间的参数；
S3：将调整后的HSV颜色空间的参数转换到RGB颜色空间，转换公式为
C＝V×S
X＝C×(1-|(H/60°)mod2-1|)
m＝V-C
(R,G,B)＝((r+m)×255,(g+m)×255,(b+m)×255)
其中，H为HSV颜色空间的色调、S为HSV颜色空间的饱和度、V为HSV颜色空间的明度，R为RGB颜色空间的红色，G为RGB颜色空间的绿色，B为RGB颜色空间的蓝色，C、V、S、X和m均为中间运算代号；
S4：根据S3中转换公式计算的RGB值设置控制端口的PWM占空比，调整灯光显示效果；
S5：根据业务逻辑需求，重复S3-S5的操作过程。
在很多装饰和动态指示场景中，用户通常需要发光二极管保持颜色鲜艳高亮度流光渐变，只需要保证亮度和饱和度处于一个较高水平，动态调整H值在0°～360°之间循环，即可实现颜色鲜艳亮度高，色彩不同均匀过渡实现流光渐变显示。
如图2所示，本发明提供的一种提高RGB发光二极管实现流光渐变过渡效果的控制方法，具体步骤如下：
S1:选用共阳极RGB发光二极管，设定饱和度和明度为1，色调H从0°开始显示，根据转换公式：
C＝V×S＝1
X＝C×(1-|(H/60°)mod2-1|)＝0
m＝V-C＝0
(R,G,B)＝((r+m)×255,(g+m)×255,(b+m)×255)＝(255,0,0)
此时，对应的颜色为红色，根据转换公式可知，控制端占空比为(1-R/255)*100％，处理器控制RED占空比0％，GREEN和BLUE引脚占空比100％；
S2:制作流光效果，调整HSV颜色空间的参数，饱和度和明度保持1不变，色调按10度步进，即H＝0+10°，S＝1，V＝1；
S3:将调整后的HSV颜色空间的参数转换到RGB颜色空间，代入转换公式计算：
C＝V×S＝1
X＝C×(1-|(H/60°)mod2-1|)＝0.167
m＝V-C＝0
(R,G,B)＝((r+m)×255,(g+m)×255,(b+m)×255)＝(255,43,0)
S4:根据前述转换公式计算结果，处理器需控制RED引脚占空比为(1-255/255)*100％＝0，GREEN引脚PWM的占空比为(1-43/255)*100％＝83％，BLUE引脚为(1-0/255)*100％＝100％，即可在一个流光周期内均匀过渡呈现36种不同的颜色的流光渐变效果。
例如，S2中色调按10度步进，在一个流光周期内可呈现36种不同的颜色，若S2中色调以1度步进，在一个流光周期内可呈现360种不同的颜色，过渡效果均匀柔和，符合人眼视觉模型，大大提升用户体验。
其中，HSV颜色空间根据颜色的直观特性即色调、饱和度和明度创建的颜色空间，也称六角椎体模型。RGB颜色空间是工业界的一种颜色标准，通过红绿蓝三个颜色通道的变化和相互叠加来得到不同的颜色。颜色空间也称彩色模型、彩色空间或彩色系统，是在某些标准下用通常可接受的方式对彩色加以说明，本质上，颜色空间是坐标系统和子空间的阐述，位于系统中的每种颜色都有单个点表示。
本发明通过研究色彩空间模型，HSV颜色空间通过色调(H)、饱和度(S)和明度(V)来描述颜色信息，更加直观和符合人眼识别习惯，更符合人类观感，因此，在驱动发光二极管时，先在HSV颜色空间下对颜色进行运算，然后再转换到RGB颜色空间下通过硬件控制来显示需求的颜色，从而达到更加柔和的过渡效果和全色系、高质量的展示效果。如制作流光过渡效果时，可以设定饱和度和明度均为1，通过连续调整色调即可连续改变颜色，同时保证该颜色下最高的亮度效果呈现。若需求为保持某一颜色而呈现该颜色下亮度渐变的呼吸效果，则可以保持色调H不变，使其明度V从0到1的连续变化即可。通过HSV颜色空间的转换计算，能够更方便更高质量的程序颜色效果和保证颜色过渡的效果。
本文中应用了具体个例对发明构思进行了详细阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离该发明构思的前提下，所做的任何显而易见的修改、等同替换或其他改进，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种提高RGB发光二极管变色过渡效果的控制方法，其特征在于，步骤如下：
S1: 设定显示初始状态；根据系统要求的HSV颜色空间，将HSV颜色空间转换到RGB颜色空间，并根据转换的RGB值设定控制端口的PWM占空比，显示设备的默认初始状态；
其中，对于共阳极RGB发光二极管，RED端占空比为(1-R/255)*100%，GREEN端占空比为（1-G/255）*100%，BLUE端占空比为（1-B/255）*100%；
对于共阴极RGB发光二极管，RED端占空比为(R/255)*100%，GREEN端占空比为（G/255）*100%，BLUE端占空比为（B/255）*100%；
S2：根据业务逻辑要求，调整HSV颜色空间的参数；
S3：将调整后的所述HSV颜色空间的参数转换到RGB颜色空间，转换公式为
其中，H为HSV颜色空间的色调、S为HSV颜色空间的饱和度、V为HSV颜色空间的明度，R为RGB颜色空间的红色，G为RGB颜色空间的绿色，B为RGB颜色空间的蓝色，C、V、S、X和m均为中间运算代号；
S4：根据所述S3中转换公式计算的RGB值设置控制端口的PWM占空比，调整灯光显示效果；
S5：根据业务逻辑需求，重复S3-S5的操作过程。
2.根据权利要求1所述的一种提高RGB发光二极管变色过渡效果的控制方法，其特征在于，具体步骤如下：
S1:选用共阳极RGB发光二极管，设定饱和度和明度为1，色调H从0°开始显示，根据转换公式：
此时，对应的颜色为红色，根据转换公式可知，控制端占空比为(1-R/255)*100%，处理器控制RED占空比0%，GREEN和BLUE引脚占空比100%；
S2:制作流光效果，调整HSV颜色空间的参数，饱和度和明度保持1不变，色调按10度步进，即H=0+10°，S=1，V=1；
S3:将调整后的所述HSV颜色空间的参数转换到RGB颜色空间，代入转换公式计算：
S4:根据前述转换公式计算结果，处理器需控制RED引脚占空比为(1-255/255)*100%=0，GREEN引脚PWM的占空比为(1-43/255)*100%=83%，BLUE引脚为(1-0/255)*100%=100%，即可在一个流光周期内均匀过渡呈现36种不同的颜色的流光渐变效果。
3.根据权利要求2所述的一种提高RGB发光二极管变色过渡效果的控制方法，其特征在于，若所述S2中色调以1度步进，在一个流光周期内可呈现360种不同的颜色的流光渐变效果。
4.根据权利要求1所述的一种提高RGB发光二极管变色过渡效果的控制方法，其特征在于，若所述S2中保持色调H不变，使明度从0到1的连续变化，可以得到保持某一颜色而呈现该颜色下亮度渐变的呼吸效果。
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|---|---|---|---|---|
| CN117896867A (zh) * | 2024-03-14 | 2024-04-16 | 深圳市正远科技有限公司 | 一种基于响应式实现led光源的显示颜色调控方法及系统 |
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2022
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