עירוב נכון של מוצא ה-LEDs RGB הוא אמנות, אך ניתן לסייע לו בעזרת כרטיס הדגמה ומעבד PIC12

אמנים גרפיים רוצים ליצור התאמת צבעים מדויקת כדי ללכוד את עבודתם האמנותית ולחזק את יציבות המותג שלהם. אולם הצגה מדויקת של צבעים בציוד ובמדיה שונים נותר עדיין כאתגר.

ישנן דרכים שונות לבטא ערכי צבעים, הכוללות CMYK, RGB ,CIE ו-HunterLab. כל צבע נתון ניתן לתיאור בעזרת שלושה משתנים שונים, בשל שלושת סוגי החרוטים השונים בעין האנושית.
דרך מקובלת להציג צבע היא בעזרת דיאגרמת המרחב הצבעוני CIE 1931 XYZ, כאשר ה-Y היא ההארה או הבהירות וערכי ה-X וה-Z יוצרים את הצבעוניות. לאפור וללבן אותה הצבעוניות אך הם שונים בבהיקות (luminance). התוצאה היא מרחב צבע תלת-ממדי המכסה את כל הצבעים והיכול להיות מוחש על-ידי העין האנושית.
LEDs אדומים, ירוקים וכחולים מסוגלים ליצור מגוון רחב של צבעים, אך השגת צבעים עשויה להיות קשה מאחר שהם יכולים לנוע מצבע אחד לאחר. אולם, ניתן לתכנת מיקרו-בקר המשתמש בזחלן (slider) כדי ליצור את רוב הצבעים הזמינים או שניתן להשתמש בדיאגרמה של אומדן כמותי של איכות צבע (colour space chromaticity) , המוצגת באיור 1.
תכונה אחת של הדיאגרמה היא שאם יש לך שני צבעים ואתה מחבר אותם בקו ישר, על-ידי עירוב הצבעים בכמויות שונות, אתה יכול ליצור כל צבע לאורך הקו. זו הסיבה מדוע LEDs כחולים משתמשים בזרחן צהוב כדי ליצור אור לבן.
כאשר משתמשים ברכיבי תאורה RGB כדי ליצור צבעים המופיעים במפת האומדן הכמותי של איכות צבע, הם תוחמים את הצבעים הזמינים למשולש, המכונה
“משולש Maxwell” המוצג באיור 1. תחום הצבעים שניתן ליצור ידוע בתור מכלול (gamut). דבר זה איננו מדויק במלואו אם אתה מתבונן על הדיאגרמה על מסך מחשב מאחר ודבר זה מגביל את תחום המכלול של המנטר (monitor). הנקודה הלבנה במרכז היא קטנה והיכולת ליצור אור לבן נקי היא התוויה טובה שאכן מבוצע עירוב נכון של הצבעים.

עירוב הצבעים
עירוב צבעים ניתן להשיג תוך שימוש במעבד PIC12F1572 של Microchip. להתקן זה שלושה מאפנני רוחב פולס 16 ביט (pulse width modulators – PWMs) המאפשרים בקרה מדויקת על כל LED RGB כדי להשיג את המעבר החלק בין הצבעים אף בתאורה נמוכה. תוכנת עירוב צבעים מאפשרת למתכנן להגדיר את הצבעים והמעבד מבצע את החישובים הדרושים. כרטיס הדגמה זמין כדי לסייע למתכננים ליצור זאת תוך שימוש בפעולת זחלן mode one HSVW. HSV מתייחס ל-hue (גוון), saturation (רוויה) ו-value (ערך) וה-W מראה שנערך שינוי כדי לכלול את הלבן. ניתן לעצב אותו עבור mode two, הכולל שימוש בבוחר תרשים האומדן הכמותי של איכות הצבע (chromaticity).
ניתן להזין את הכרטיס דרך חיבור USB, סוללת ליתיום של 3 וולט או סוללה AAA. כרטיס זה המעוצב כזחלן HSVW מוצג באיור 2.
כאשר הוא מוזן לראשונה במוד זחלן, הכרטיס מסתובב דרך גלגל צבע ה-HSVW. לאחר תקופת זמן, ה-LEDs מתחילים להבהב כדי לשמור על הספק הסוללה. הזחלן בקצה הכרטיס יכול לשמש כדי לבחור צבע לתצוגה. איור 3 מראה את גלגל הצבעים לאחר שינוי כדי לכלול את הלבן.
במוד זה, הפינים RA0 ו-RA1 באיור 2 מעוצבים כדי לעבוד עם זחלן בעל מגע קיבולי. דבר זה מאפשר ללחיצת אצבע ולפעולת הזחלן לבחור בערכי צבעים שונים, אם כי מוגבלים לבחירה חד-ממדית. במוד שתיים, הצבע הרצוי נבחר מתרשים איכות צבע על-גבי המסך, כמו זה באיור 1. כעת הפינים RA0 ו-RA1 מעוצבים כממשקים טוריים EUSART עם הערכים מועברים אל הכרטיס דרך חיבור USB טורי. יחידת PIC16F1455 משנה את מסרי ה-USB לתצורת EUSART 9600baud. המערך במוד זה מוצג באיור 4.
אם מוזכר צבע אשר איננו נופל לתוך מכלול הצבעים של ה-LEDs, אזי הפונקציה תחזיר הודעת שגיאה ומוצא הצבע לא יתעדכן. אם הצבע הוא בתוך מכלול הצבעים, אזי הצבע החדש יוצג.

כוונון
יש לכוון את ערכי הנגדים כך שכל צבע יוצג עם אותה הכמות של לומנים. לשם המחשה זו, הם חושבו ב- עבור אדום, עבור ירוק ו- עבור כחול. כל LED נמדד על-ידי מד-כרומה (chroma meter) עבור ערך הצבע.
עצמת ההארה עשויה להשתנות גם כתוצאה של טמפרטורה, ושינויים אלה עשויים להיות די גדולים על-פי סוג ה-LED. יש להתחשב בדבר זה ביישום הסופי, במיוחד אם הוא מתנהל מחוץ לבניין.
העין האנושית יכולה לגלות הבהוב בערך ב-200 הרץ. אפנון הדדי עשוי להופיע גם בתאורה של 50 ו-60 הרץ. לכן מומלץ למתג את תאורת ה-LED בערך ב-200 הרץ. במקרה של ציוד היקפי של PWM על ה-PIC12F1572, המחזור הוא הרבה מעל סף הגילוי של ההבהוב. ציוד היקפי של PWM משנה את אורך הזמן בו עומס מסוים מופעל. היחס של זמן ה”גע” אל מחזור ה-PWM נקרא מחזור פעולה והוא מתאים לאחוז ההספק המועבר אל העומס. בקרת ההספק בעזרת PWM נחשבת בד”כ כשיטה מדויקת ומועילה של ויסות מוצא ההספק.

תרשים אומדן איכות הצבע
הכרטיס תוכנן כדי להציג מגוון צבעים המופיעים בתרשים אומדן איכות הצבע. אלה מומרים לערכי RGB, שהם מעורבים בצבע כדי ליצור את הצבע הסופי. ל-LEDs פרטניים בצבעי האדום, הירוק והכחול יש מחזור פעולה או הארה מבוקרים דרך הציוד ההיקפי של ה-PWM. לכל PWM בנפרד יש 16 ביטים של רזולוציה, המאפשרים העברת צבעים חלקה אף במחזורי פעולה מאוד נמוכים.
התוכנה מעוצבת כך שמקבלים הודעות טוריות, והנתונים משמשים להפעיל את שגרת ה-ColorMix. זהו תהליך מחשוב אינטנסיבי ודורש כ-7.7 מילי-שניות (עם שעון מתנד של 16 מגה-הרץ) כדי לחשב את ערכי ה-PWM. אם שיגרה זו שימשה לחשב צבעים המשתנים בקביעות, קצב העדכון היה מואט ל-130 הרץ, והיה מפחית את רכות השינויים.
שגרת ה-ColorMix פותחה בשפת C. התקן ה-PIC מבצע את ההיפוך, ההכפלה ושינוי קנה-המידה של המטריצה כדי ליצור את הצבע הרצוי. כל החישובים מבוצעים כמספרים שלמים. שינוי קנה-המידה מבוצע לכל האורך, כך שהערכים לא יציפו את הסוג המשתנה הארוך של 32 ביט.

תצורת החומרה
כרטיס ההדגמה מעוצב ומתוכנת על-ידי היצרן לשם פעולה במוד זחלן. כדי להפעיל את הכרטיס במוד זה, יש לתכנת את ה-PIC12F1572 בעזרת תוכנת RGBSlider, ואת ה-PIC16F1455 יש למחוק.
כדי להפעיל את הכרטיס במוד של בחירת האומדן הכמותי של איכות הצבע, יש לתכנת את ה-PIC12F1572 בעזרת תוכנת ה-RGBChroma, ואת ה-PIC16F1455 יש לתכנת בעזרת תוכנת ה-RGBChroma USB.

סיכום
עם השימוש הנרחב של LEDs בהפקת סימנים דיגיטליים (signage) ויישומי פרסום אחרים, היה יותר חשוב להשיג בדיוק את הצבעים הנכונים מאחר שהם מהווים חלק ממותגי היצרן. מאמר זה שאף להעניק הבנה על כיצד ניתן לערב צבעים וכיצד ניתן לחשב את העירוב הנכון תוך שימוש בכרטיס הדגמה המכיל את המעבדים PIC12F1572 ו-PIC16F1455.