呼吸燈/LED燈盤 Excel 人眼非線性gamma校正PWM duty cycle Lookup Table(LUT)自動生成

在使用MCU調整LED燈盤調光功能容易遇到調光不順的問題，普遍遇到的現象如下：

1. 低亮度漸層感明顯。

2. 高亮度區分不明顯。

常使用的解決方法是：

1. 最低到最亮調光時間拉長(如:8秒)。

2. 低亮度區間一階一階調，高亮度區間兩階兩階調甚至更多階。

此方式可解決大部分客人的需求，如遇到調光時間不可太長(如:3秒)或要有呼吸燈效果，這就要使用建table表的方式，通常都要花比較多的心力去處理table表，因此萌生了excel自動生成PWM duty table 表的念頭。

自動生成table表會有一個依據，此依據就是使用儀器量測LED的0%~100%的亮度，在講量測之前先需要了解人眼對亮度的一些背景知識，人眼對亮度的敏感度肯定是非線性的，究竟怎樣的非線性曲線才符合人眼對亮度的敏感度，這時候就要拜一下谷哥大神，有拜有保佑，

經過一番拜讀之後可以知道人眼對暗的光線比較敏感，對亮的光線比較不敏感，可用gamma 0.4545(0.4545 => 1/2.2)來表示人眼對亮度的敏感度，如下圖所示：

人眼敏感度gamma 0.4545曲線

知道人眼對光線敏感度曲線之後，可以明白若要人眼看得柔和且自然要讓非線性的曲線變成線性，如下圖所示：

人眼敏感度線性gamma 1曲線

那LED燈盤怎麼讓人眼看得線性呢，只需要校正出一個相反曲線即可變成線性，因此LED燈盤需校正出一個相反曲線gamma 2.2，在這記住gamma 2.2曲線為LED燈盤最終校正後所依據的曲線，gamma 2.2曲線如下圖所示：

LED表現gamma 2.2曲線

有了基礎背景知識後，再回到儀器量測的步驟，儀器量測的最終目的是為了得到LED燈盤的特性曲線，可以是EV、LUX等等，在這使用手機的LUX Light Metter FREE app做量測儀器，如下圖所示：

LUX Light Meter

在量測亮度0%～100%的LUX之後可以得到燈盤的特性曲線，最終目的就是將燈盤的特性曲線校正成gamma 2.2的曲線，如下圖所示：

LED 0%~100% LUX曲線圖

LED 0%~100% LUX曲線校正成gamma 2.2曲線

但是燈盤的特性曲線沒辦法直接轉成gamma 2.2的曲線，還需要將特性曲線的公式找出來，再利用公式產生出的特性曲線轉成gamma 2.2的曲線，如下圖所示：

增加LED 0%~100% LUX多項式公式曲線

自動生成表輸入區

當以上條件都達成時就可使用excel自動生成想要的table表，如下所示：

PWM duty LUT(look up table)

結論：
照調光實測的結果表現出來的確有呼吸燈的效果，不過仔細看此版本的table表還是可發現還沒很平滑，使table能更平滑化為以後著重的課題。

此excel表請使用最新的WPS或office執行，有遇過舊版本的WPS跑起來有問題。

後記：

原本一開始使用Science Journal 科學日誌app做量測工具，本想同時記錄蜂鳴器聲音與EV值，Bz一聲升1%亮度，藉此達到自動量測燈盤曲線之目的，但因量測環境背景聲多雜，且須MCU寫程式搭配使用，因此最後不予採用。

感謝同事黃大仙提供燈盤相關背景知識，感謝威爾森同事提出手動填入燈盤特性曲線比較單純之提議。

excel下載點：

References:

Shang MCU工作茶後經驗淺談