HSL и HSV - HSL and HSV

HSL (оттенок, насыщенность, легкость) и HSV (оттенок, насыщенность, значение, также известный как HSB или же оттенок, насыщенность, яркость) являются альтернативными представлениями Цветовая модель RGB, разработанный в 1970-х годах компьютерная графика исследователей, чтобы они более точно соответствовали тому, как человеческое зрение воспринимает цветообразующие атрибуты. В этих моделях цвета каждого оттенок расположены в радиальном срезе вокруг центральной оси нейтральных цветов, которая варьируется от черного внизу до белого вверху.

Представление HSV моделирует то, как краски разных цветов смешиваются вместе с насыщенность размер, напоминающий различные оттенки яркой краски, а ценить размер, напоминающий смесь этих красок с различным количеством черной или белой краски. Модель HSL пытается напоминать более воспринимаемые цветовые модели, такие как Естественная цветовая система (NCS) или Цветовая система Манселла, размещение полностью насыщенных цветов по кругу со значением яркости 1/2, где значение яркости 0 или 1 означает полностью черный или белый цвет соответственно.

Основной принцип

Рис. 2а. Цилиндр HSL.

Рис. 2б. Цилиндр HSV.

HSL и HSV имеют цилиндрическую геометрию (инжир. 2), с оттенком, их угловым размером, начиная с красный начальный при 0 °, проходя через зеленый первичный на 120 ° и синий первичный при 240 °, а затем обратно в красный цвет при 360 °. В каждой геометрии центральная вертикальная ось включает нейтральный, ахроматический, или же серый Цвета варьируются сверху вниз, от белого при яркости 1 (значение 1) до черного при яркости 0 (значение 0).

В обеих геометриях добавка первичный и вторичные цвета -красный, желтый, зеленый, голубой, синий и пурпурный - и линейные смеси между соседними их парами, иногда называемые чистые цвета, расположены вокруг внешнего края цилиндра с насыщенностью 1. Эти насыщенные цвета имеют яркость 0,5 в HSL, тогда как в HSV они имеют значение 1. Смешивание этих чистых цветов с черным - дает так называемое оттенки - не меняет насыщенность. В HSL насыщенность также не меняется на тонировка с белым, и только смеси с черным и белым - так называемые тона- иметь насыщенность менее 1. В HSV только тонирование снижает насыщенность.

Рис. 3a – b. Если мы построим график оттенка и (а) яркости HSL или (б) значения HSV против цветности (классифицировать значений RGB), а не насыщенности (цветность выше максимальной цветности для этого среза), в результате получается сплошной биконус или же конус соответственно не цилиндр. Такие диаграммы часто претендуют на прямое представление HSL или HSV, причем размерность цветности ошибочно обозначается как «насыщенность».

Потому что эти определения насыщенности - в которых очень темные (в обеих моделях) или очень светлые (в HSL) почти нейтральные цвета считаются полностью насыщенными (например,   снизу справа в нарезанном цилиндре HSL или   сверху справа) - конфликт с интуитивным представлением о чистоте цвета, часто конический или же биконический вместо этого рисуется твердое тело (инжир. 3), что в этой статье называется цветность как его радиальный размер (равный классифицировать значений RGB) вместо насыщенности (где насыщенность равна цветности по максимальной цветности в этом срезе (би) конуса). Что сбивает с толку, такие диаграммы обычно обозначают это радиальное измерение как «насыщенность», размывая или стирая различие между насыщенностью и цветностью.^[A] Как описано ниже, вычисление цветности является полезным шагом при выводе каждой модели. Поскольку такая промежуточная модель - с размерами оттенка, цветности и значения HSV или яркости HSL - принимает форму конуса или биконуса, HSV часто называют «гексиконической моделью», а HSL часто называют «бигексиконной моделью» (инжир. 8 ).^[B]

Мотивация

Цветовое пространство HSL было изобретено для телевидения в 1938 году. Жорж Валенси в качестве метода добавления цветного кодирования к существующим монохромным (т.е. содержащим только L-сигнал) широковещательным сообщениям, позволяя существующим приемникам принимать новые цветные широковещательные сообщения (черно-белые) без изменений, как яркость (черно-белый) сигнал транслируется без изменений. Он использовался во всех основных кодировках аналогового телевещания, включая NTSC, PAL и СЕКАМ и все основные системы цифрового вещания и является основой для композитное видео.^[1][2]

Рис. 4. Художники долго смешивали цвета, сочетая относительно яркие пигменты с черным и белым. Смеси с белым называются оттенки, смеси с черным называются оттенки, а смеси с обоими называются тона. Видеть Оттенки и оттенки.^[3]

Рис. 5. Эта цветная модель 1916 года немецкого химика. Вильгельм Оствальд иллюстрирует подход «смеси с белым и черным», объединяя 24 «чистых» цвета в цветовой круг, и цвета каждого оттенка в треугольник. Таким образом, модель приобретает форму биконуса.^[4][5]

Рис. 6а. Палитру RGB можно расположить в виде куба.

Рис. 6б. То же изображение, но часть удалена для ясности.

Рис. 7. Графические терминалы Tektronix использовали самую раннюю коммерческую реализацию HSL в 1979 году. Эта диаграмма из патента, поданного в 1983 году, показывает геометрию биконуса, лежащую в основе модели.^[6]

Большинство телевизоров, компьютерных дисплеев и проекторов воспроизводят цвета, комбинируя красный, зеленый и синий свет разной интенсивности - так называемые RGB добавка основные цвета. Полученные смеси в Цветовое пространство RGB может воспроизводить самые разные цвета (называемые гамма ); однако взаимосвязь между составляющими количествами красного, зеленого и синего света и результирующим цветом не интуитивно понятна, особенно для неопытных пользователей и для пользователей, знакомых с субтрактивный цвет смешивание красок или традиционных моделей художников на основе оттенков и оттенков (инжир. 4). Более того, ни аддитивные, ни субтрактивные цветовые модели не определяют цветовые отношения так же, как человеческий глаз делает.^[C]

Например, представьте, что у нас есть дисплей RGB, цвет которого контролируется тремя ползунки начиная с 0–255, один из которых управляет интенсивностью каждого из основных цветов: красного, зеленого и синего. Если начать с относительно красочного апельсин  , с sRGB значения р = 217, грамм = 118, B = 33, и хотите уменьшить его яркость наполовину до менее насыщенного оранжевого  , нам нужно перетащить ползунки, чтобы уменьшить р на 31 увеличить грамм на 24 и увеличить B на 59, как показано ниже.

Пытаясь приспособить более традиционные и интуитивно понятные модели смешивания цветов, пионеры компьютерной графики PARC и NYIT представила модель HSV для компьютерных дисплеев в середине 1970-х, формально описанная Элви Рэй Смит^[10] в августовском выпуске 1978 г. Компьютерная графика. В том же номере Джоблав и Гринберг^[11] описали модель HSL, размеры которой они назвали оттенок, относительная цветность, и интенсивность—И сравнил его с ВПГ (инжир. 1). Их модель была больше основана на том, как цвета организованы и концептуализированы в человеческое зрение с точки зрения других цветовых атрибутов, таких как оттенок, легкость и цветность; а также традиционные методы смешения цветов, например, в живописи, которые включают смешивание ярко окрашенных пигментов с черным или белым для получения более светлых, темных или менее ярких цветов.

В следующем, 1979 году, СИГГРАФ, Tektronix представили графические терминалы, использующие HSL для обозначения цветов, и Комитет по стандартам компьютерной графики рекомендовал его в своем годовом отчете о статусе (инжир. 7). Эти модели были полезны не только потому, что они были более интуитивно понятными, чем необработанные значения RGB, но и потому, что преобразования в и из RGB были чрезвычайно быстрыми для вычисления: они могли выполняться в реальном времени на оборудовании 1970-х годов. Следовательно, с тех пор эти и аналогичные модели стали повсеместными в программном обеспечении для редактирования изображений и графики. Описаны некоторые из их использования ниже.^{[12][13][14][15]}

Формальное происхождение

Рис. 8. Геометрический вывод цилиндрических HSL и HSV представлений «цветового куба» RGB.

Цветообразующие атрибуты

Размеры геометрии HSL и HSV - простые преобразования модели RGB, не основанной на восприятии, - не имеют прямого отношения к фотометрический цветообразующие атрибуты с теми же названиями, по определению таких ученых, как CIE или же ASTM. Тем не менее, прежде чем переходить к выводам наших моделей, стоит пересмотреть эти определения.^[D] Следующие определения атрибутов создания цвета см .:^{[16][17][18][19][20][21]}

Оттенок

Атрибут зрительного ощущения, согласно которому область кажется похожей на одну из воспринимаемые цвета: красный, желтый, зеленый и синий или их сочетание ".^[16]

Сияние (L_{е, Ω})

В лучистая сила света, проходящего через определенную поверхность на единицу телесный угол на единицу проектируемой площади, измеряется в Единицы СИ в ватт на стерадиан на квадратный метр (Вт · ср⁻¹· М⁻²).

Яркость (Y или же L_{v, Ω})

Яркость, взвешенная по влиянию каждой длины волны на обычного человека-наблюдателя, измеряется в единицах СИ в кандела на квадратный метр (кд / м²). Часто термин яркость используется для относительная яркость, Y/Y_п, куда Y_п это яркость эталона белая точка.

Luma (Y ′)

Взвешенная сумма гамма-коррекция р′, грамм′, и B′ значения, и используется в Y′CbCr, за JPEG сжатие и передача видео.

Яркость (или значение)

«Атрибут визуального ощущения, в соответствии с которым кажется, что область излучает больше или меньше света».^[16]

Легкость

«Яркость относительно яркости освещенного таким же образом белого».^[16]

Красочность

«Атрибут визуального ощущения, в соответствии с которым воспринимаемый цвет области кажется более или менее хроматическим».^[16]

Цветность

«Красочность по сравнению с яркостью одинаково освещенного белого».^[16]

Насыщенность

«Красочность стимула относительно его собственной яркости».^[16]

Яркость и красочность являются абсолютными мерами, которые обычно описывают спектральное распределение света, попадающего в глаз, в то время как легкость и цветность измеряются относительно некоторой точки белого и поэтому часто используются для описания цветов поверхности, оставаясь примерно постоянными даже при изменении яркости и красочности в зависимости от освещение. Насыщенность может быть определен как отношение цветности к яркости или отношение цветности к яркости.

Основной подход

HSL, HSV и родственные модели могут быть получены с помощью геометрических стратегий или могут рассматриваться как конкретные экземпляры «обобщенной модели LHS». Создатели моделей HSL и HSV взяли куб RGB с составляющими количествами красного, зеленого и синего света в цвете, обозначенном р, грамм, B ∈ [0, 1]^[E]- и наклонил его на угол так, чтобы черный находился в начале координат, а белый - прямо над ним по вертикальной оси, затем измерил оттенок цветов в кубе по их углу вокруг этой оси, начиная с красного на 0 °. Затем они придумали характеристику яркости / значения / яркости и определили насыщенность в диапазоне от 0 по оси до 1 в наиболее яркой точке для каждой пары других параметров.^[3][10][11]

Оттенок и цветность

Рис. 9. И оттенок, и цветность определяются на основе проекции куба RGB на шестиугольник в «плоскости цветности». Цветность - это относительный размер шестиугольника, проходящего через точку, а оттенок - это расстояние от края шестиугольника до точки.

В каждой из наших моделей мы рассчитываем как оттенок и что в этой статье будет называться цветность по Джоблаву и Гринбергу (1978), таким же образом - то есть оттенок цвета имеет те же числовые значения во всех этих моделях, как и его цветность. Если мы возьмем наклоненный куб RGB и проект это на "цветность самолет " перпендикуляр относительно нейтральной оси наша проекция принимает форму шестиугольника с красным, желтым, зеленым, голубым, синим и пурпурным по углам (инжир. 9). Оттенок это примерно угол вектор в точку проекции, где красный цвет находится под углом 0 °, а цветность это примерно расстояние от точки до начала координат.^{[F][ГРАММ]}

Точнее, как оттенок, так и цветность в этой модели определяются по отношению к шестиугольной форме проекции. В цветность - пропорция расстояния от начала координат до края шестиугольника. В нижней части соседней диаграммы это соотношение длин OP/OP′, или поочередно отношение радиусов двух шестиугольников. Это соотношение представляет собой разницу между наибольшим и наименьшим значениями среди р, грамм, или же B в цвете. Чтобы упростить написание наших определений, мы определим эти максимальное, минимальное и значения компонентов цветности как M, м, и C, соответственно.^[ЧАС]

${ Displaystyle М = макс (р, г, В)}$

${ Displaystyle м = мин (р, г, В)}$

${ displaystyle C = operatorname {range} (R, G, B) = M-m}$

Чтобы понять, почему цветность может быть записана как M − м, обратите внимание, что любой нейтральный цвет с р = грамм = B, проецируется на начало координат и, следовательно, имеет 0 цветов. Таким образом, если мы прибавим или вычтем одну и ту же сумму из всех трех р, грамм, и B, мы движемся по вертикали внутри нашего наклоненного куба и не меняем проекцию. Следовательно, любые два цвета (р, грамм, B) и (р − м, грамм − м, B − м) проектировать на одну и ту же точку и иметь одинаковую цветность. Цветность цвета, один из компонентов которого равен нулю. (м = 0) это просто максимум двух других компонентов. Эта цветность M в частном случае цвета с нулевым компонентом, и M − м в целом.

В оттенок - это пропорция расстояния по краю шестиугольника, проходящего через проецируемую точку, первоначально измеренная в диапазоне [0, 1] но сейчас обычно измеряется в градусы [0°, 360°]. Для точек, которые проецируются на исходную точку в плоскости цветности (т. Е. Серые), оттенок не определен. Математически это определение оттенка записывается кусочно:^[Я]

${ displaystyle H '= { begin {cases} mathrm {undefined}, & { text {if}} C = 0 { frac {GB} {C}} { bmod {6}}, & { text {if}} M = R { frac {BR} {C}} + 2, & { text {if}} M = G { frac {RG} {C}} + 4 , & { text {if}} M = B end {case}}}$

${ Displaystyle H = 60 ^ { circ} times H '}$

Иногда нейтральные цвета (например, с C = 0) присвоены оттенки 0 ° для удобства представления.

Рис. 10. Определения оттенок и цветность в HSL и HSV имеют эффект деформации шестиугольников в круги.

Эти определения представляют собой геометрическое деформирование шестиугольников в окружности: каждая сторона шестиугольника линейно отображается на дуге окружности 60 ° (инжир. 10). После такого преобразования оттенок - это точно угол вокруг начала координат, а цветность - расстояние от начала координат: угол и величина вектор указывая на цвет.

Рис. 11. Построение прямоугольных координат цветности. α и β, а затем преобразовать их в оттенок ЧАС₂ и цветность C₂ дает немного другие значения, чем вычисление гексагонального оттенка ЧАС и цветность C: сравните числа на этой диаграмме с числами, приведенными ранее в этом разделе.

Иногда для приложений анализа изображений это преобразование шестиугольника в круг пропускается, и оттенок и цветность (обозначим эти ЧАС₂ и C₂) определяются обычными преобразованиями декартовых координат в полярные (инжир. 11). Самый простой способ получить их - использовать пару декартовых координат цветности, которые мы назовем α и β:^[22][23][24]

${ Displaystyle альфа = R-G cdot cos (60 ^ { circ}) - B cdot cos (60 ^ { circ}) = { tfrac {1} {2}} (2R-G-B)}$

${ displaystyle beta = G cdot sin (60 ^ { circ}) - B cdot sin (60 ^ { circ}) = { tfrac { sqrt {3}} {2}} (ГБ )}$

${ displaystyle H_ {2} = operatorname {atan2} ( beta, alpha)}$

${ Displaystyle C_ {2} = OperatorName {gmean} ( alpha, beta) = { sqrt { alpha ^ {2} + beta ^ {2}}}}$

(The atan2 функция, «арктангенс с двумя аргументами», вычисляет угол по декартовой паре координат.)

Обратите внимание, что эти два определения оттенка (ЧАС и ЧАС₂) почти совпадают, с максимальной разницей между ними для любого цвета около 1,12 °, что имеет место в двенадцати определенных оттенках, например ЧАС = 13.38°, ЧАС₂ = 12.26°-и с ЧАС = ЧАС₂ на каждые 30 °. Два определения цветности (C и C₂) отличаются более существенно: они равны в углах нашего шестиугольника, но в точках на полпути между двумя углами, например ЧАС = ЧАС₂ = 30°, у нас есть C = 1, но C₂ = √¾ ≈ 0.866, разница около 13,4%.

Легкость

Рис. 12a – d. Четыре различных возможных измерения «легкости», нанесенные на график по цветности, для пары дополнительных оттенков. Каждый график представляет собой вертикальное сечение трехмерного цветного тела.

Хотя определение оттенок относительно бесспорный - он примерно удовлетворяет критерию, согласно которому цвета одного и того же воспринимаемого оттенка должны иметь одинаковый числовой оттенок - определение легкость или же ценить Размер менее очевиден: существует несколько возможностей в зависимости от цели и задач представления. Вот четыре самых распространенных (инжир. 12; три из них также показаны на инжир. 8 ):

• Самое простое определение - это просто среднее арифметическое, т.е. среднее из трех компонентов, в модели HSI, называемой интенсивность (инжир. 12а). Это просто проекция точки на нейтральную ось - вертикальную высоту точки в нашем наклоненном кубе. Преимущество состоит в том, что вместе с вычислениями евклидова расстояния для оттенка и цветности это представление сохраняет расстояния и углы из геометрии куба RGB.^[23][25]

  ${ displaystyle I = operatorname {avg} (R, G, B) = { tfrac {1} {3}} (R + G + B)}$

• В модели HSV "гексикон" ценить определяется как самый большой компонент цвета, наш M над (инжир. 12b). Это помещает все три основных цвета, а также все «вторичные цвета» - голубой, желтый и пурпурный - в плоскость с белым, образуя шестиугольная пирамида из куба RGB.^[10]

  ${ Displaystyle V = макс (R, G, B) = M}$

• В модели HSL "бигексон" легкость определяется как среднее значение наибольшего и наименьшего цветовых компонентов (инжир. 12c), т.е. средний диапазон компонентов RGB. Это определение также помещает первичный и вторичный цвета в плоскость, но плоскость проходит посередине между белым и черным. Полученное цветное твердое тело представляет собой двойной конус, похожий на конус Оствальда, показано выше.^[11]

  ${ displaystyle L = operatorname {mid} (R, G, B) = { tfrac {1} {2}} (M + m)}$

• Более релевантной для восприятия альтернативой является использование яркость, Y ′, как измерение легкости (инжир. 12d). Luma - это средневзвешенное гамма-коррекции р, грамм, и B, основанные на их вкладе в воспринимаемую легкость, долгое время использовавшуюся в качестве монохроматического измерения в цветном телевизионном вещании. За sRGB, то Рек. 709 первичные выборы Y ′₇₀₉, цифровой NTSC использует Y ′₆₀₁ в соответствии с Рек. 601 и некоторые другие основные цвета также используются, что приводит к другим коэффициентам.^[26][J]

  ${ displaystyle Y '_ { text {601}} = 0,2989 cdot R + 0,5870 cdot G + 0.1140 cdot B}$ (SDTV)

  ${ displaystyle Y '_ { text {240}} = 0,212 cdot R + 0,701 cdot G + 0,087 cdot B}$ (Adobe)

  ${ displaystyle Y '_ { text {709}} = 0,2126 cdot R + 0,7152 cdot G + 0,0722 cdot B}$ (HDTV)

  ${ displaystyle Y '_ { text {2020}} = 0,2627 cdot R + 0,6780 cdot G + 0,0593 cdot B}$ (UHDTV, HDR)

Все четыре из них оставляют нейтральную ось в покое. То есть для цветов с р = грамм = B, любая из четырех формулировок дает легкость, равную значению р, грамм, или же B.

Для графического сравнения см. инжир. 13 ниже.

Насыщенность

Рис. 14a – d. И в HSL, и в HSV, насыщенность просто масштабирование цветности для заполнения интервала [0, 1] для любой комбинации оттенка и легкости или стоимости.

При кодировании цветов в модели оттенок / яркость / цветность или оттенок / значение / цветность (с использованием определений из предыдущих двух разделов) не все комбинации яркости (или значения) и цветности значимы: то есть половина цветов обозначаемый с помощью ЧАС ∈ [0°, 360°), C ∈ [0, 1], и V ∈ [0, 1] выходят за пределы диапазона RGB (серые части срезов на рисунке 14). Создатели этих моделей посчитали это проблемой для некоторых применений. Например, в интерфейсе выбора цвета с двумя размерами в прямоугольнике и третьим на ползунке половина этого прямоугольника состоит из неиспользуемого пространства. Теперь представьте, что у нас есть ползунок для яркости: намерение пользователя при настройке этого ползунка потенциально неоднозначно: как программное обеспечение должно обрабатывать цвета вне гаммы? Или наоборот, если пользователь выбрал как можно более красочный темно-фиолетовый  , а затем сдвигает ползунок яркости вверх, что должно быть сделано: предпочел бы пользователь видеть более светлый фиолетовый все еще как можно более красочным для данного оттенка и яркости  , или более светлый фиолетовый точно такой же цветности, что и исходный цвет  ?^[11]

Для решения подобных проблем модели HSL и HSV масштабируют цветность так, чтобы она всегда попадала в диапазон [0, 1] для каждой комбинации оттенка и яркости или значения, вызывая новый атрибут насыщенность в обоих случаях (рис. 14). Чтобы вычислить любой, просто разделите цветность на максимальное значение цветности для этого значения или яркости.

${ displaystyle S_ {V} = { begin {cases} 0, & { text {if}} V = 0 { frac {C} {V}}, & { text {else}} end {случаи}}}$

${ displaystyle S_ {L} = { begin {cases} 0, & { text {if}} L = 1 { text {или}} L = 0 { frac {C} {1- | 2L -1 |}}, & { text {иначе}} end {case}}}$

Рис. 15a – b. В HSI, насыщенность, показанный в срезе справа, примерно соответствует цветности относительно яркости. Также распространены модели с габаритами я, ЧАС₂, C₂, показанный в разрезе слева. Обратите внимание, что оттенок этих фрагментов такой же, как и оттенок выше, но ЧАС немного отличается от ЧАС₂.

Модель HSI, обычно используемая для компьютерного зрения, которая требует ЧАС₂ в качестве размера оттенка и среднего компонента я («интенсивность») как измерение легкости, не пытается «заполнить» цилиндр по его определению насыщенности. Вместо того, чтобы предоставлять конечным пользователям интерфейсы для выбора цвета или модификации, цель HSI - облегчить разделение форм на изображении. Таким образом, насыщенность определяется в соответствии с психометрическим определением: цветность относительно легкости (инжир. 15). Увидеть Использование в анализе изображений раздел этой статьи.^[28]

${ displaystyle S_ {I} = { begin {case} 0, & { text {if}} I = 0 1 - { frac {m} {I}}, & { text {else}} end {case}}}$

Использование одного и того же имени для этих трех разных определений насыщенности приводит к некоторой путанице, поскольку три атрибута описывают существенно разные цветовые отношения; в HSV и HSI этот термин примерно соответствует психометрическому определению насыщенности цвета относительно его собственной легкости, но в HSL он не подходит. Хуже того, слово насыщенность также часто используется для одного из измерений, которые мы называем выше цветностью (C или же C₂).

Примеры

Все значения параметров, показанные ниже, даны в процентах (интервал [0, 1] масштабируется в 100 раз), за исключением ЧАС и ЧАС₂ которые находятся в интервале [0°, 360°].^[K]

Использование в программном обеспечении для конечных пользователей

Рис. 16a – g. К 1990-м годам инструменты выбора цвета HSL и HSV были повсеместными. Скриншоты выше взяты из:
· (А) SGI IRIX 5, в. 1995;
· (Б) Adobe Photoshop, c. 1990;
· (C) IBM OS / 2 Деформация 3, в. 1994;
· (D) Apple Macintosh Система 7, c. 1996;
· (Д) Фрактальный дизайн Художник, c. 1993;
· (F) Microsoft Windows 3.1, c. 1992;
· (грамм) Следующий шаг, c. 1995 г.
Несомненно, они основаны на более ранних примерах, восходящих к PARC и NYIT в середине 1970-х годов.^[L]

Первоначальная цель HSL и HSV и подобных моделей, а также их наиболее распространенное текущее применение заключается в инструменты выбора цвета. В простейшем случае некоторые такие палитры цветов предоставляют три ползунка, по одному для каждого атрибута.Однако большинство из них показывают двухмерный срез модели вместе с ползунком, управляющим отображением конкретного среза. Последний тип графического интерфейса пользователя отличается большим разнообразием из-за выбора цилиндров, шестиугольных призм или конусов / биконусов, предлагаемых моделями (см. Диаграмму рядом с верх страницы ). Справа показаны несколько средств выбора цвета из 1990-х годов, большинство из которых практически не изменилось за прошедшее время: сегодня почти каждый компьютерный селектор цвета использует HSL или HSV, по крайней мере, в качестве опции. Некоторые более сложные варианты предназначены для выбора целых наборов цветов, основываясь на своих предложениях совместимых цветов на HSL или HSV отношениях между ними.^[M]

Большинство веб-приложений, которым требуется выбор цвета, также основывают свои инструменты на HSL или HSV, а для большинства основных веб-интерфейсов существуют предварительно упакованные средства выбора цвета с открытым исходным кодом. рамки. В CSS 3 Спецификация позволяет веб-авторам указывать цвета для своих страниц непосредственно с координатами HSL.^[N][29]

HSL и HSV иногда используются для определения градиентов для визуализация данных, как на картах или медицинских изображениях. Например, популярный ГИС программа ArcGIS исторически применяемые настраиваемые градиенты на основе HSV для числовых географических данных.^[O]

Рис 17. xv модификатор цвета на основе HSV.

Рис. 18. Инструмент оттенка / насыщенности в Фотошоп 2,5, ок. 1992 г.

Редактирование изображений программное обеспечение также обычно включает инструменты для настройки цветов со ссылкой на координаты HSL или HSV или на координаты в модели на основе «интенсивности» или яркости. определено выше. В частности, инструменты с парой ползунков «оттенок» и «насыщенность» стали обычным явлением, начиная, по крайней мере, с конца 1980-х годов, но также были реализованы различные более сложные инструменты цвета. Например, Unix средство просмотра изображений и редактор цветов xv допускается шесть определяемых пользователем оттенков (ЧАС) диапазоны для поворота и изменения размера, включая набирать номер -подобный контроль насыщенности (S_HSV), а кривые -подобный интерфейс для управления значением (V) - см. Рис. 17. Редактор изображений Окно изображения Pro включает в себя инструмент «цветокоррекции», который обеспечивает сложное переназначение точек в плоскости оттенка / насыщенности относительно пространства HSL или HSV.^[П]

Видео редакторы также используйте эти модели. Например, оба Avid и Final Cut Pro включить инструменты цвета, основанные на HSL или аналогичной геометрии, для использования для настройки цвета в видео. С помощью инструмента Avid пользователи выбирают вектор, щелкая точку в круге оттенка / насыщенности, чтобы сместить все цвета на некотором уровне яркости (тени, полутона, блики) по этому вектору.

Начиная с версии 4.0, Adobe Photoshop «Яркость», «Оттенок», «Насыщенность» и «Цвет» режимы наложения составные слои, использующие геометрию цвета яркости / цветности / оттенка. Они были широко скопированы, но несколько имитаторов используют HSL (например, Фотоудар, Покрасочная мастерская Pro ) или HSV (например, GIMP ) геометрии.^[Q]

Использование в анализе изображений

HSL, HSV, HSI или связанные модели часто используются в компьютерное зрение и анализ изображений за обнаружение функции или же сегментация изображения. Приложения таких инструментов включают обнаружение объектов, например, в зрение робота; распознавание объекта, например лица, текст, или же номерные знаки; поиск изображений на основе содержимого; и анализ медицинских изображений.^[28]

По большей части алгоритмы компьютерного зрения, используемые для цветных изображений, являются прямым расширением алгоритмов, разработанных для оттенки серого изображения, например k-означает или же нечеткая кластеризация цветов пикселей, или хитрый обнаружение края. В простейшем случае каждый компонент цвета отдельно проходит через один и тот же алгоритм. Поэтому важно, чтобы Особенности представляющие интерес можно различить по используемым цветовым размерам. Поскольку р, грамм, и B компоненты цвета объекта в цифровом изображении все коррелируют с количеством света, падающего на объект, и, следовательно, друг с другом описания изображения с точки зрения этих компонентов затрудняют различение объектов. Описание с точки зрения оттенка / легкости / насыщенности или оттенка / легкости / насыщенности часто более актуально.^[28]

Начиная с конца 1970-х годов преобразования вроде HSV или HSI использовались как компромисс между эффективностью сегментации и вычислительной сложностью. Их можно рассматривать как сходные по подходу и назначению с нейронной обработкой, используемой человеческим цветовым зрением, без согласования в деталях: если целью является обнаружение объекта, грубое разделение оттенка, яркости и цветности или насыщенности эффективно, но нет особая причина строго имитировать человеческую цветовую реакцию. В магистерской диссертации Джона Кендера 1976 года была предложена модель HSI. Охта и др. (1980) вместо этого использовали модель, состоящую из размеров, подобных тем, которые мы назвали я, α, и β. В последние годы такие модели продолжают широко использоваться, поскольку их производительность выгодно отличается от более сложных моделей, а их вычислительная простота остается убедительной.^{[Р][28][34][35][36]}

Недостатки

Рис. 20а. В sRGB гамма отображается в пространстве CIELAB. Обратите внимание, что линии, указывающие на красный, зеленый и синий основные цвета, неравномерно распределены по углу оттенка и имеют неравную длину. На праймериз тоже разные L* значения.

Рис 20б. В Adobe RGB гамма отображается в пространстве CIELAB. Также обратите внимание, что эти два пространства RGB имеют разные гаммы и, следовательно, будут иметь разные представления HSL и HSV.

Хотя HSL, HSV и связанные пространства служат достаточно хорошо, например, чтобы выбрать один цвет, они игнорируют большую часть сложности внешнего вида цвета. По сути, они жертвуют перцепционной релевантностью для скорости вычислений, начиная с того времени в истории вычислений (высокопроизводительные графические рабочие станции 1970-х годов или потребительские настольные компьютеры середины 1990-х годов), когда более сложные модели были бы слишком дорогими в вычислительном отношении.^[S]

HSL и HSV - это простые преобразования RGB, которые сохраняют симметрии в кубе RGB, не связанные с человеческим восприятием, так что его р, грамм, и B углы равноудалены от нейтральной оси и на равном расстоянии от нее. Если мы построим цветовую гамму RGB в более однородном для восприятия пространстве, таком как CIELAB (видеть ниже ) сразу становится ясно, что красный, зеленый и синий основные цвета не имеют одинаковой яркости или цветности или равномерно распределенных оттенков. Кроме того, разные дисплеи RGB используют разные основные цвета и поэтому имеют разные гаммы. Поскольку HSL и HSV определены исключительно в отношении некоторого пространства RGB, они не являются абсолютные цветовые пространства: для точного указания цвета требуется сообщать не только значения HSL или HSV, но и характеристики пространства RGB, на котором они основаны, включая гамма-коррекция в использовании.

Если мы возьмем изображение и выделим компоненты оттенка, насыщенности и яркости или значения, а затем сравним их с одноименными компонентами, определенными учеными-цветоводами, мы сможем быстро увидеть разницу на уровне восприятия. Например, рассмотрите следующие изображения дыхательного аппарата огня (инжир. 13). Оригинал находится в цветовом пространстве sRGB. CIELAB L* - величина ахроматической яркости, определяемая CIE (зависит исключительно от воспринимаемой ахроматической яркости Y, но не смешанные хроматические компоненты Икс или же Z, цветового пространства CIEXYZ, из которого получено само цветовое пространство sRGB), и очевидно, что оно похоже по воспринимаемой легкости с исходным цветным изображением. Яркость примерно одинакова, но несколько отличается в высокой цветности, где она больше всего отклоняется от зависимости исключительно от истинной ахроматической яркости (Y, или эквивалентно L*) и зависит от колориметрической цветности (х, у, или эквивалентно, а *, б * компании CIELAB). HSL L и HSV V, напротив, существенно отличаются от легкости восприятия.

Рис. 13а. Цветная фотография (цветовое пространство sRGB).

Рис. 13б. CIELAB L* (преобразован обратно в sRGB для согласованного отображения).

Рис. 13c. Рек. 601 яркость Y '.

Рис. 13d. Среднее значение компонента: «интенсивность» я.

Рис. 13e. Значение HSV V.

Рис. 13f. HSL легкость L.

Хотя ни одно из измерений в этих пространствах не соответствует их перцептивным аналогам, ценить HSV и насыщенность HSL являются конкретными нарушителями. В HSV синий первичный   и белый   считаются имеющими одинаковое значение, даже несмотря на то, что перцептивно синий первичный цвет имеет где-то около 10% яркости белого (точная доля зависит от конкретных используемых первичных цветов RGB). В HSL это смесь 100% красного, 100% зеленого, 90% синего, то есть очень светло-желтого  - имеет ту же насыщенность, что и зеленый основной  , хотя первый цвет почти не имеет цветности или насыщенности согласно общепринятым психометрическим определениям. Такие извращения заставили Синтию Брюэр, эксперт по выбору цветовых схем для карт и информационных дисплеев, Американская статистическая ассоциация:

Компьютерная наука предлагает несколько более бедных родственников этим пространствам восприятия, которые также могут появиться в вашем программном интерфейсе, например HSV и HLS. Это простые математические преобразования RGB, и они кажутся системами восприятия, потому что в них используется терминология оттенок – легкость / значение – насыщенность. Но внимательно присмотритесь; не обманывайтесь. Воспринимаемые цветовые измерения плохо масштабируются цветовыми спецификациями, которые предусмотрены в этих и некоторых других системах. Например, насыщенность и яркость смешаны, поэтому шкала насыщенности может также содержать широкий диапазон яркости (например, она может переходить от белого к зеленому, что является комбинацией яркости и насыщенности). Точно так же смешиваются оттенок и яркость, поэтому, например, насыщенный желтый и насыщенный синий могут быть обозначены как одна и та же «легкость», но имеют большие различия в воспринимаемой легкости. Эти недостатки затрудняют использование систем для систематического управления внешним видом цветовой схемы. Если для достижения желаемого эффекта требуется большая настройка, система дает мало преимуществ по сравнению с необработанными спецификациями в RGB или CMY.^[37]

Если эти проблемы делают HSL и HSV проблематичными для выбора цветов или цветовых схем, они делают их намного хуже для настройки изображения. HSL и HSV, как упоминал Брюэр, смешивают перцепционные атрибуты создания цвета, так что изменение любого измерения приводит к неоднородным изменениям всех трех перцептивных измерений и искажает все цветовые отношения в изображении. Например, поворот оттенка чистого темно-синего   к зеленому   также уменьшит воспринимаемую цветность и увеличит воспринимаемую легкость (последняя становится более серой и светлой), но такое же вращение оттенка будет иметь противоположное влияние на яркость и цветность более светлого голубовато-зеленого -  к   (последний более красочный и немного темнее). В примере ниже (инжир. 21 год), изображение слева (а) - это исходная фотография зеленая черепаха. На среднем изображении (b) мы повернули оттенок (ЧАС) каждого цвета на −30°, сохраняя при этом значение и насыщенность HSV или яркость и насыщенность HSL постоянными. На изображении справа (c) мы делаем такое же вращение для оттенка HSL / HSV каждого цвета, но затем мы устанавливаем яркость CIELAB (L*, приличное приближение воспринимаемой легкости), чтобы оставаться постоянным. Обратите внимание, как средняя версия со смещенным оттенком без такой коррекции резко меняет воспринимаемые отношения яркости между цветами на изображении. В частности, панцирь черепахи намного темнее и менее контрастен, а фоновая вода намного светлее.

Рис. 21а. Цветная фотография.

Рис. 21б. HSL / HSV оттенок каждого цвета, смещенный на −30°.

Рис. 21c. Оттенок сместился, но легкость CIELAB (L*) сохранены как в оригинале.

Поскольку оттенок - это круговая величина, представленная численно с разрывом на 360 °, его трудно использовать в статистических вычислениях или количественных сравнениях: для анализа требуется использование круговая статистика.^[38] Кроме того, оттенок определяется кусочно, кусками по 60 °, где соотношение яркости, значения и цветности р, грамм, и B зависит от рассматриваемого фрагмента оттенка. Это определение вводит разрывы, углы, которые можно четко увидеть на горизонтальных срезах HSL или HSV.^[39]

Чарльз Пойнтон, эксперт по цифровому видео, перечисляет вышеупомянутые проблемы с HSL и HSV в своем Цвет FAQ, и заключает, что:

HSB и HLS были разработаны для числового определения оттенка, насыщенности и яркости (или оттенка, яркости и насыщенности) в эпоху, когда пользователям приходилось указывать цвета численно. Обычные составы HSB и HLS имеют недостатки в отношении свойств цветового зрения. Теперь, когда пользователи могут выбирать цвета визуально или выбирать цвета, относящиеся к другим носителям (например, PANTONE ) или используйте системы, основанные на восприятии, например L * u * v * и Л * а * б *, От HSB и HLS следует отказаться.^[40]

Другие цветовые модели с цилиндрическими координатами

Создатели HSL и HSV были далеко не первыми, кто вообразил, что цвета вписываются в конические или сферические формы с нейтральными оттенками, переходящими от черного к белому по центральной оси, и оттенками, соответствующими углам вокруг этой оси. Подобные устройства восходят к 18 веку и продолжают развиваться в самых современных и научных моделях.

Формулы преобразования цвета

Чтобы преобразовать из HSL или HSV в RGB, мы, по сути, инвертируем перечисленные шаги над (как прежде, р, грамм, B ∈ [0, 1]). Сначала мы вычисляем цветность, умножая насыщенность на максимум цветности для данной яркости или значения. Затем мы находим точку на одной из трех нижних граней куба RGB, которая имеет тот же оттенок и цветность, что и наш цвет (и, следовательно, проецируется на ту же точку в плоскости цветности). Наконец, мы добавляем равное количество р, грамм, и B чтобы достичь нужной легкости или ценности.^[ГРАММ]

В RGB

HSL в RGB

Учитывая цвет с оттенком ЧАС ∈ [0°, 360°], насыщенность S_L ∈ [0, 1], и легкость L ∈ [0, 1], сначала находим цветность:

${ Displaystyle С = (1- влево верт 2L-1 вправо верт) раз S_ {L}}$

Тогда мы можем найти точку (р₁, грамм₁, B₁) вдоль трех нижних граней куба RGB с тем же оттенком и насыщенностью, что и наш цвет (с использованием промежуточного значения Икс для второго по величине компонента этого цвета):

${ displaystyle H ^ { prime} = { frac {H} {60 ^ { circ}}}}$

${ displaystyle X = C cdot (1- | H ^ { prime} ; { bmod {2}} - 1 |)}$

В приведенном выше уравнении обозначения ${ Displaystyle H ^ { prime} ; { bmod {2}}}$ относится к остатку от евклидового разделения ${ displaystyle H ^ { prime}}$ пользователем 2. ${ displaystyle H ^ { prime}}$ не обязательно целое число.

${ displaystyle (R_ {1}, G_ {1}, B_ {1}) = { begin {cases} (0,0,0) & { text {if}} H '{ text {не определено} } (C, X, 0) & { text {if}} 0 leq H ^ { prime} leq 1 (X, C, 0) & { text {if}} 1 leq H ^ { prime} leq 2 (0, C, X) & { text {if}} 2 leq H ^ { prime} leq 3 (0, X, C) & { text {if}} 3 leq H ^ { prime} leq 4 (X, 0, C) & { text {if}} 4 leq H ^ { prime} leq 5 (C , 0, X) & { text {if}} 5 leq H ^ { prime} leq 6 end {cases}}}$

Перекрытие (когда ${ displaystyle H ^ { prime}}$ является целым числом) возникает потому, что два способа вычисления значения эквивалентны: ${ displaystyle X = 0}$ или же ${ displaystyle X = C}$, в зависимости от обстоятельств.

Наконец, мы можем найти р, грамм, и B добавив одинаковое количество к каждому компоненту, чтобы добиться легкости:

${ displaystyle m = L - { frac {C} {2}}}$

${ displaystyle (R, G, B) = (R_ {1} + m, G_ {1} + m, B_ {1} + m)}$

Альтернатива HSL в RGB

Полигональные кусочные функции можно несколько упростить, если грамотно использовать минимальные и максимальные значения, а также операцию с остатком.

Учитывая цвет с оттенком ${ displaystyle H in [0 ^ { circ}, 360 ^ { circ}]}$, насыщенность ${ Displaystyle S = S_ {L} дюйм [0,1]}$, и легкость ${ Displaystyle L в [0,1]}$, мы сначала определяем функцию:

${ Displaystyle е (п) = L-а макс (-1, мин (к-3,9-к, 1))}$

куда ${ Displaystyle К, п in mathbb {R} _ { geq 0}}$ и:

${ Displaystyle к = (п + { гидроразрыва {H} {30 ^ { circ}}}) { bmod {1}} 2}$

${ Displaystyle а = S_ {L} мин (L, 1-L)}$

И вывести значения R, G, B (из ${ displaystyle [0,1] ^ {3}}$) находятся:

${ Displaystyle (р, г, В) = (е (0), е (8), е (4))}$

Вышеупомянутые альтернативные эквивалентные формулы позволяют более короткую реализацию. В приведенных выше формулах ${ displaystyle a { bmod {b}}}$ возвращает также дробную часть модуля, например. формула ${ displaystyle 7.4 { bmod {6}} = 1.4}$. Ценности ${ Displaystyle к ин mathbb {R} земля к ин [0,12)}$.

Базовая форма ${ Displaystyle Т (К) = T (N, ЧАС) = макс ( мин (k-3,9-k, 1), - 1)}$ строится следующим образом: ${ displaystyle t_ {1} = min (k-3,9-k)}$ представляет собой «треугольник», для которого значения больше или равны -1, начинаются с k = 2 и заканчиваются при k = 10, высшая точка находится в k = 6. Затем по ${ displaystyle t_ {2} = min (t_ {1}, 1) = min (k-3,9-k, 1)}$ мы меняем значения больше 1 на точное 1. Затем ${ Displaystyle т = макс (т_ {2}, - 1)}$ мы меняем значения меньше -1 на точное -1. На этом этапе мы получаем нечто похожее на красную фигуру с рис. 24 после вертикального переворота (максимальное значение равно 1, а минимальное значение -1). Функции R, G, B ${ displaystyle H}$ используйте эту форму, преобразованную следующим образом: со сдвигом по модулю на ${ displaystyle X}$ (к ${ displaystyle n}$) (иначе для R, G, B) масштабируется на ${ displaystyle Y}$ (к ${ displaystyle -a}$) и сдвинулся на ${ displaystyle Y}$ (к ${ displaystyle L}$).

Мы наблюдаем следующие свойства формы (рис. 24 может помочь получить о них интуитивное представление):

${ Displaystyle T (N, H) = - T (N + 6, H)}$

${ Displaystyle мин (т (п, ЧАС), т (п + 4, Н), т (п + 8, Н)) = - 1}$

${ Displaystyle макс (т (п, ЧАС), т (п + 4, Н), т (п + 8, Н)) = + 1}$

HSV в RGB

Рис. 24. Графическое представление координат RGB с заданными значениями для HSV. Это уравнение ${ Displaystyle V (1-S) = V-VS}$ показывает начало отмеченных значений вертикальной оси

Учитывая цвет HSV с оттенком ЧАС ∈ [0°, 360°], насыщенность S_V ∈ [0, 1], и значение V ∈ [0, 1], мы можем использовать ту же стратегию. Сначала находим цветность:

${ Displaystyle C = V раз S_ {V}}$

Тогда мы снова сможем найти точку (р₁, грамм₁, B₁) вдоль трех нижних граней куба RGB с тем же оттенком и насыщенностью, что и наш цвет (с использованием промежуточного значения Икс для второго по величине компонента этого цвета):

${ displaystyle H ^ { prime} = { frac {H} {60 ^ { circ}}}}$

${ displaystyle X = C times (1- | H ^ { prime} { bmod {2}} - 1 |)}$

${ displaystyle (R_ {1}, G_ {1}, B_ {1}) = { begin {cases} (0,0,0) & { text {if}} H { text {не определено}} (C, X, 0) & { text {if}} 0 leq H ^ { prime} leq 1 (X, C, 0) & { text {if}} 1$

Перекрытие (когда ${ displaystyle H ^ { prime}}$ является целым числом) возникает потому, что два способа вычисления значения эквивалентны: ${ displaystyle X = 0}$ или же ${ displaystyle X = C}$, в зависимости от обстоятельств.

Наконец, мы можем найти р, грамм, и B добавляя одинаковое количество к каждому компоненту, чтобы соответствовать значению:

${ displaystyle m = V-C}$

${ displaystyle (R, G, B) = (R_ {1} + m, G_ {1} + m, B_ {1} + m)}$

Альтернатива HSV в RGB

Учитывая цвет с оттенком ${ displaystyle H in [0 ^ { circ}, 360 ^ { circ}]}$, насыщенность ${ Displaystyle S = S_ {V} дюйм [0,1]}$, и значение ${ Displaystyle V в [0,1]}$, сначала мы определяем функцию:

${ Displaystyle е (п) = V-VS макс (0, мин (к, 4-к, 1))}$

куда ${ Displaystyle К, п in mathbb {R} _ { geq 0}}$ и:

${ Displaystyle к = (п + { гидроразрыва {H} {60 ^ { circ}}}) { bmod {6}}}$

И вывести значения R, G, B (из ${ displaystyle [0,1] ^ {3}}$) находятся:

${ Displaystyle (р, г, В) = (е (5), е (3), е (1))}$

Вышеупомянутые альтернативные эквивалентные формулы позволяют более короткую реализацию. В приведенных выше формулах ${ displaystyle a { bmod {b}}}$ возвращает также дробную часть модуля, например. формула ${ displaystyle 7.4 { bmod {6}} = 1.4}$. Ценности ${ Displaystyle к ин mathbb {R} земля к ин [0,6)}$. Базовая форма

${ Displaystyle Т (п, ЧАС) = Т (к) = макс (0, мин (к, 4-к, 1))}$

строится следующим образом: ${ Displaystyle т_ {1} = мин (к, 4-к)}$ представляет собой «треугольник», неотрицательные значения которого начинаются с k = 0, наивысшая точка при k = 2 и «заканчивается» при k = 4, затем мы меняем значения больше одного на одно на ${ displaystyle t_ {2} = min (t_ {1}, 1) = min (k, 4-k, 1)}$, затем измените отрицательные значения на ноль с помощью ${ Displaystyle т = макс (t2,0)}$ - и получаем (для ${ displaystyle n = 0}$) что-то похожее на зеленую фигуру на рис. 24 (максимальное значение равно 1, а минимальное - 0). Функции R, G, B ${ displaystyle H}$ используйте эту форму, преобразованную следующим образом: со сдвигом по модулю на ${ displaystyle X}$ (к ${ displaystyle n}$) (иначе для R, G, B) масштабируется на ${ displaystyle Y}$ (к ${ displaystyle -VS}$) и сдвинулся на ${ displaystyle Y}$ (к ${ displaystyle V}$). Мы наблюдаем следующие свойства формы (рис. 24 может помочь понять это):

${ Displaystyle T (N, H) = 1-T (N + 3, H)}$

${ Displaystyle мин (T (N, ЧАС), T (N + 2, ЧАС), т (N + 4, Н)) = 0}$

${ Displaystyle макс (T (N, H), T (N + 2, H), t (N + 4, H)) = 1}$

HSI в RGB

Учитывая цвет HSI с оттенком ЧАС ∈ [0°, 360°], насыщенность S_я ∈ [0, 1], и интенсивность я ∈ [0, 1], мы можем использовать ту же стратегию, но в несколько другом порядке:

${ displaystyle H ^ { prime} = { frac {H} {60 ^ { circ}}}}$

${ Displaystyle Z = 1- | H ^ { prime} ; { bmod {2}} - 1 |}$

${ Displaystyle С = { гидроразрыва {3 cdot I cdot S_ {I}} {1 + Z}}}$

${ Displaystyle X = C cdot Z}$

Где ${ displaystyle C}$ это цветность.

Тогда мы снова сможем найти точку (р₁, грамм₁, B₁) вдоль трех нижних граней куба RGB с тем же оттенком и насыщенностью, что и наш цвет (с использованием промежуточного значения Икс для второго по величине компонента этого цвета):

${ displaystyle (R_ {1}, G_ {1}, B_ {1}) = { begin {cases} (0,0,0) & { text {if}} H { text {не определено}} (C, X, 0) & { text {if}} 0 leq H ^ { prime} leq 1 (X, C, 0) & { text {if}} 1 leq H ^ { prime} leq 2 (0, C, X) & { text {if}} 2 leq H ^ { prime} leq 3 (0, X, C) & { text {if}} 3 leq H ^ { prime} leq 4 (X, 0, C) & { text {if}} 4 leq H ^ { prime} leq 5 (C, 0, X) & { text {if}} 5 leq H ^ { prime} <6 end {case}}}$

Перекрытие (когда ${ displaystyle H ^ { prime}}$ является целым числом) возникает потому, что два способа вычисления значения эквивалентны: ${ displaystyle X = 0}$ или же ${ displaystyle X = C}$, в зависимости от обстоятельств.

Наконец, мы можем найти р, грамм, и B добавив одинаковое количество к каждому компоненту, чтобы добиться легкости:

${ displaystyle m = I cdot (1-S_ {I})}$

${ displaystyle (R, G, B) = (R_ {1} + m, G_ {1} + m, B_ {1} + m)}$

Яркость, цветность и оттенок в RGB

Учитывая цвет с оттенком ЧАС ∈ [0°, 360°], цветность C ∈ [0, 1], и яркость Y′₆₀₁ ∈ [0, 1],^[T] мы снова можем использовать ту же стратегию. Поскольку у нас уже есть ЧАС и C, мы сразу можем найти свою точку зрения (р₁, грамм₁, B₁) по трем нижним граням куба RGB:

${ displaystyle { begin {align} H ^ { prime} & = { frac {H} {60 ^ { circ}}} X & = C times (1- | H ^ { prime} { bmod {2}} - 1 |) end {выровненный}}}$

${ displaystyle (R_ {1}, G_ {1}, B_ {1}) = { begin {cases} (0,0,0) & { text {if}} H { text {не определено}} (C, X, 0) & { text {if}} 0 leq H ^ { prime} leq 1 (X, C, 0) & { text {if}} 1 leq H ^ { prime} leq 2 (0, C, X) & { text {if}} 2 leq H ^ { prime} leq 3 (0, X, C) & { text {if}} 3 leq H ^ { prime} leq 4 (X, 0, C) & { text {if}} 4 leq H ^ { prime} leq 5 (C, 0, X) & { text {if}} 5 leq H ^ { prime} <6 end {case}}}$

Перекрытие (когда ${ displaystyle H ^ { prime}}$ является целым числом) возникает потому, что два способа вычисления значения эквивалентны: ${ displaystyle X = 0}$ или же ${ displaystyle X = C}$, в зависимости от обстоятельств.

Тогда мы можем найти р, грамм, и B добавив одинаковое количество к каждому компоненту, чтобы соответствовать яркости:

${ displaystyle m = Y_ {601} ^ { prime} - (0,30R_ {1} + 0,59G_ {1} + 0.11B_ {1})}$

${ displaystyle (R, G, B) = (R_ {1} + m, G_ {1} + m, B_ {1} + m)}$

Взаимное преобразование

HSV в HSL

Учитывая цвет с оттенком ${ displaystyle H_ {V} in [0 ^ { circ}, 360 ^ { circ}]}$, насыщенность ${ Displaystyle S_ {V} в [0,1]}$, и значение ${ Displaystyle V в [0,1]}$,

${ displaystyle H_ {L} = H_ {V}}$

${ displaystyle L = V left (1 - { frac {S_ {V}} {2}} right)}$

${ displaystyle S_ {L} = { begin {cases} 0 & { text {if}} L = 0 { text {или}} L = 1 { frac {VL} { min (L, 1 -L)}} & { text {иначе}} end {case}}}$

HSL в HSV

Учитывая цвет с оттенком ${ displaystyle H_ {L} in [0 ^ { circ}, 360 ^ { circ}]}$, насыщенность ${ Displaystyle S_ {L} в [0,1]}$, и яркость ${ Displaystyle L в [0,1]}$,

${ displaystyle H_ {V} = H_ {L}}$

${ Displaystyle V = L + S_ {L} min (L, 1-L)}$

${ Displaystyle S_ {V} = { begin {cases} 0 & { text {if}} V = 0 2 left (1 - { frac {L} {V}} right) & { text {в противном случае}} end {case}}}$

Из RGB

Это повторение предыдущего преобразования.

Значение должно быть в диапазоне ${ Displaystyle R, G, B in [0,1]}$.

С максимальной составляющей (т.е. значением)

${ displaystyle X_ {max}: = max (R, G, B) =: V}$

и минимальный компонент

${ displaystyle X_ {min}: = min (R, G, B) = V-C}$,

диапазон (т.е. цветность)

${ displaystyle C: = X_ {max} -X_ {min} = 2 (V-L)}$

и средний диапазон (т.е. легкость)

${ displaystyle L: = operatorname {mid} (R, G, B) = { frac {X_ {max} + X_ {min}} {2}} = V - { frac {C} {2}} }$,

получаем общий оттенок:

${ displaystyle H: = { begin {cases} 0, & { text {if}} C = 0 60 ^ { circ} cdot left (0 + { frac {GB} {C}} right), & { text {if}} V = R 60 ^ { circ} cdot left (2 + { frac {BR} {C}} right), & { text {if }} V = G 60 ^ { circ} cdot left (4 + { frac {RG} {C}} right), & { text {if}} V = B end {case} }}$

и четкая насыщенность:

${ displaystyle S_ {V}: = { begin {cases} 0, & { text {if}} V = 0 { frac {C} {V}}, & { text {else}} конец {case}}}$

${ displaystyle S_ {L}: = { begin {cases} 0, & { text {if}} L = 0 { text {или}} L = 1 { frac {C} {1- left vert 2V-C-1 right vert}} = { frac {2 (VL)} {1- left vert 2L-1 right vert}} = { frac {VL} { min (L, 1-L)}}, & { text {иначе}} end {case}}}$

Образцы

Наведите указатель мыши на образцы ниже, чтобы увидеть р, грамм, и B значения для каждого образца в всплывающая подсказка.

HSL

HSV

Примечания

Рекомендации