Bei der Schaltung sind auch noch ein paar Probleme:
1) Die Verschaltung der Potis wird so nicht funktionieren. Die 1 M Potis sind reichlich viel, und irgendwie falsch angeschlossen. Weiss nicht genau was damit erreicht werden soll und kann daher nicht sagen wie es besser wäre.
2) Die Spannung der LEDs hängt von der Farbe ab. Entsprechend müssen die Vorwiderstände bei den roten LEDs vermutlich größer sein als bei den blauen und weissen. Bei den roten könnte man auch 4 oder gar 5 in Reihe schalten.

Das auslesen der AD wandler in jedem Durchgang ist nicht so schlimm. Der µC hat ja sonst nichts zu tun, und so schnell ändern sich die Poties ja nicht. Es reicht also wenn man die AD Wandler z.B. alle 50 ms ausließt. Das ist für den µC ein kleine Ewigkeit.
Der Weg die Änderungen analog zu detektieren ist ziehmlich aufwendig und richtig gut geht es auch nicht (analoge speicher haben immer etwas Drift).

Wenn man als µC einen Mega88 oder Mega48 (gleicher Sockel wie der Mega nimmt, könnte man die LEDs rein über Hardware PWM steuern. Der µC könnte dann mit niedriegerer Frequenz (z.B. 250 kHz) laufen und die meiste Zeit im Stromsparmodus bleiben. Dazu müßte man nur sehen das man für die LED-steuerung die passenden Pins nimmt.

Wenn noch eine AD kanal frei ist, könnte man darüber eventuell die Helligkeit des Raumes messen - nur so als Idee.

Bei den Elkos wäre ein etwas größere Elko bei den 12 V sinnvoll, damit das Netzteil die Strompulse vom PWM nicht so mitkriegt. Ggf. auch noch ein Keramikkondensator direkt am Kabel eingang, damit man auf dem Kabel nicht so viel Störungen abgibt. Der Elko hinter dem 7805 ist eigentlich nicht nötig, die 2mal 100 nF am µC reichen schon. So viel Strom wird hier ja auch garnicht gebraucht: ca. 1 mA für den µC, ca. 1 mA für die Poties und dann der Basistrom (max. 4 mal 4,5 mA) und auch da würde die Hälfte reichen.

P.S. Bei LEDs ist die Verlustleistung übrigens fast die gleiche bei einer analogen Ansteuerung oder der einfachen PWM Version wie hier. Nur hat man hier die Verluste an den Widerständeen statt am Transistor.