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  • HSV色彩空间

    转自原文 HSV色彩空间

     


    理解HSV色彩空间:


         HSV颜色模式是除了RGB颜色模式之外的另一种流行的颜色模式,RGB被广泛运用于计算机中,而HSV则用在电视显示方面。它更符合人们对颜色的描述(什么颜色(H),深浅度如何(S),亮度如何(V))。其实在电视机上菜单中的饱和度就是S,亮度就是V。
         H:色相,色度,色彩,也就是我们平时说的颜色。如红,黄,洋红等。在HSV模型中,用度数描述,其中红色对于0度,绿色对于120度,蓝色对应240度。
         S:饱和度,色彩的深浅度(0-100%) 
         V:色调,纯度,色彩的亮度(0-100%) 

       为了便于理解,下文均称H为色彩,S为深浅度,V为亮度。关于色相,色调,饱和度等概念的更深入解释可参见《Visual C++数字图像处理开发入门与编程实践》左飞著 第三章

         HSV色彩空间模型:
                 
              模型1                                    模型2
         注:在模型2中:
                H是色彩点在对应圆形切面上与红色半径(对于H=0度)所形成的圆心角。
                V是色彩点所在圆形切面到圆锥顶点的距离。在顶面上V=1 顶点V=0
                S是色彩点到所在圆形切面圆心的距离与该圆半径的比例值,在圆锥表面上S=1,在圆心处S=0

    关键点:
         当S=1 V=1时,H所代表的任何颜色被称为纯色;
         当S=0时,颜色最浅,最浅被描述为灰色(灰色也有亮度,黑色和白色也属于灰色),灰色的亮度由V决定,此时H无意义;
         当V=0时,颜色最暗,最暗被描述为黑色,因此此时H(无论什么颜色最暗都为黑色)和S(无论什么深浅的颜色最暗都为黑色)均无意义。
         下面是当H=0度 即为红色时,S和V组成的平面:
         
         在这张图中,S沿横轴从左到右0-1增长 V沿纵轴由下到上0-1增长
         可以看到,当S=0,即矩形左边的竖线边缘处,呈不同深浅的灰色
                   当V=0,即矩形下班的横线边缘处,呈黑色
                   当S=0   V=1时,此时颜色最亮,但也最浅。也就是矩形的左上角,呈白色。
                   当S=1(S=0) V=0时,颜色最深(最浅),但最暗,均体现为黑色
                   当S=1 V=1时,在矩形的右上角,就是纯色的红色,也就是我们常用的RGB(255, 0, 0)
         

    HSV和RGB的关系:


    在HSV中:
         1.亮度V就是RGB值中最大的那个值进行归一化。也就是说 V = max(R, G, B)/255.0f;
              从这一点我们可以推出:
                   1.纯色(S=1 V=1)的RGB值中必定至少有一个255,因为纯色V=1,即max(R, G, B)=255。同时RGB值也不可能有3个255,因为3个255为白色,前面我们提到,白色为对于任何色彩H,V=1而S=0时的产物。而V=1 S=0并不是纯色。
                   2.这个公式也侧面说明了当V=0时,max(R, G, B)=0,也就是R=G=B=0,即为黑色。
         2.深浅度S是RGB中最大值和最小值的差值与最大值的比值。设RGBMax=max(R,G,B) RGBMin=min(R,G,B) 那么S = (RGBMax-RGBMin)/(float)RGBMax    
              从这个公式我们可以推导:
                   1.纯色(S=1 V=1)的RGB值中必定有一个0,因为当S=1,RGBMax-RGBMin==RGBMax,即RGBMin=0。这也说明了白色(RGB(255,255,255)并不是纯色)。
                   2.当S=0时,RGBMax-RGBMin==0,即R==G==B,此时颜色呈不同程度的灰色(由白到黑,亮度由V而定,因为V=RGBMax*100/255,V越高,RGBMax==R==G==B就越高,灰色越亮))。这也可以从上面给出的矩形图看出。

         3.色彩H的对应RGB值也可以出来了,纯色的范围为:RGB(255,0,×), RGB(255,×,0),RGB(0,255,×),RGB(×,255,0,RGB(×,0,255),RGB(0,×,255)。×代表(0,255)中的任意值。这六大部分组成一个圈形色带。具体转换见下节。

    再结合上面的矩形图分析一下;
    1.对于上面矩形中每一条横线(H和V不变,S从左到右0-1),如果用颜色拾取器(如最后一节提供的示例ColorPicker)观察,可以发现,从右到左,在同一纵坐标上,RGB的变化是从RGB(r,g,b)到RGB(max(r,g,b),max(r,g,b),max(r,g,b))逐渐逼近。最终在最左边的点呈灰色(R=G=B),灰色的亮度由max(r,g,b)决定。
    2.对于矩形中每一条竖线(H和S不变,V从下到上0-1),从上到下,RGB值的变化由RGB(r,g,b)逐渐趋近于RGB(0,0,0),最终变为黑色。这也为我们绘制如上的SV调色板提供了思路。

    HSV和RGB之间的转换:

       
      RGB->HSV:
       
         S = ((max-min)/max)*100/255

         V = max*100/255

      HSV->RGB:

         
                   

    一个简单实例:

         
         参考《Visual C++数字图像处理开发入门与编程实践》左飞著 第三章实例 ColorPicker
         界面:
         
         功能:
              可进行HSV和RGB的转换
              左方调色板可对任意RGB颜色或H值进行S和V值的渐变调色
              中下方的预览框会对选取颜色进行实时显示
              可通过点击调色板某处进行颜色选取
              可在屏幕任意位置按A键捕获当前鼠标所在位置的颜色信息并实时显示颜色信息

         实例代码免费下载(VS 2012 Build Passed. 2017.6.14 1354):ColorPicker.rar
     
     
     
     
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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/arxive/p/7008460.html
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