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图像色彩空间与HSL/HSV

2009-6-17 23:39:24 | 发布:zwqxin

 我们用RGBA来描述一个像素的颜色，没错，这对计算机来说最方便不过？不过除了RGB，你还听说过HSL/HSV吗？——ZwqXin.com

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其实不只HSL/HSV，还有什么CMYK啊，LAB啊的，都是采用不同的标准去描述颜色。人所见到的颜色是有限界的，因此真实的颜色永远不会被穷举完成；同时，人所能感受的颜色差别更是有限，因此就有了有限的表示法。


（CIE 1931 色彩空间，最先采用数学方式来定义的色彩空间，基于人类颜色视觉的直接测定。由国际照明委员会（CIE）于1931年创立）

sRGB色彩空间是美国的惠普公司和微软公司于1997年共同开发的标准色彩空间（standard Red Green Blue），AdobeRGB色彩空间是由美国以开发Photoshop软件而闻名的Adobe公司1998年推出的色彩空间标准，但是它们都远远没能包含整个CIE 1931色彩空间（基于人类颜色视觉的直接测定，包含人类所感知的最丰富色表），可见计算机在颜色表现这块上的局限性。

色彩空间，是一种对颜色的描述方法，依照其描述方法而形成一个装载颜色的容器。譬如最常用的RGB法，把颜色分到红绿蓝三通道，是一种非线性的描述方式；LAB中，L 表示亮度，a 和 b 表示颜色对立维度，是一种感知线性的描述方式。前者（以及HSL/HSV等）依赖于具体设备，后者（以及CMYK等）则独立于设备，因此前者和后者不可以简单地相互转换，需要通过中间媒介（sRGB或AdobeRGB这种一定独立设备的设备内描述方式）进行转换。

而这次实现的RGB到HSL/HSV空间的转换，和HSL/HSV到RGB的转换，则没有那么麻烦，它们都是设备相关的非线性颜色描述方式。HSL表示 hue（色相）、saturation（饱和度）、lightness（亮度），HSV 表示 hue（色相）、 saturation（饱和度）、value （值）。它们俩是很类似的，但又有定义上的不同，其中，前者的饱和度和后者的饱和度不是同一个定义恩。

相关的转换公式可以参考[HSL和HSV色彩空间 - 维基百科]，这里以HSL和RGB互转为例，转化为代码：

  1. void FormatHSLConvert::RGBToHSLConvert(FilterColor oColor, FilterColor& rColor)
  2. {
  3.         UCHAR MaxCol = oColor.red;
  4.         UCHAR MinCol = oColor.red;          
  5.  
  6.         if(oColor.green > MaxCol)
  7.               MaxCol = oColor.green;
  8.         else
  9.               MinCol = oColor.green;
  10.         
  11.         if(oColor.blue > MaxCol)
  12.               MaxCol = oColor.blue;
  13.         if(oColor.blue < MinCol)
  14.               MinCol = oColor.blue;
  15.  
  16.         double Hue = 0.0; //色相 (0-360)
  17.         double saturation = 0.0; //饱和度 (0，1)
  18.         double lightness = 0.0;  //亮度 (0,1)
  19.  
  20.         if(CurrentHSLChannel == HCHannelHSL || CurrentHSLChannel == HSLCHannelHSL)
  21.         {
  22.         if(MaxCol == MinCol)
  23.             Hue = 0;
  24.         else 
  25.             if(MaxCol == oColor.red && oColor.green >= oColor.blue)
  26.               Hue = 60.0 * double(oColor.green - oColor.blue) / (MaxCol - MinCol);
  27.         else 
  28.             if(MaxCol == oColor.red && oColor.green < oColor.blue)
  29.               Hue = 60.0 * double(oColor.green - oColor.blue) / (MaxCol - MinCol) + 360;
  30.         else 
  31.             if(MaxCol == oColor.green)
  32.               Hue = 60.0 * double(oColor.blue - oColor.red) / (MaxCol - MinCol) + 120;
  33.         else 
  34.             if(MaxCol == oColor.blue)
  35.               Hue = 60.0 * double(oColor.red - oColor.green) / (MaxCol - MinCol) + 240;
  36.         }
  37.  
  38.         if(CurrentHSLChannel == LCHannelHSL || CurrentHSLChannel == SCHannelHSL 
  39.                      || CurrentHSLChannel == HSLCHannelHSL)
  40.         {
  41.            lightness = ((double)MaxCol/255 + (double)MinCol/255) / 2;
  42.         }
  43.  
  44.         if(CurrentHSLChannel == SCHannelHSL || CurrentHSLChannel == HSLCHannelHSL)
  45.         {
  46.            if(lightness == 0 || MaxCol == MinCol)
  47.               saturation = 0.0;
  48.            else if(lightness <= 0.5 && lightness > 0)
  49.               saturation = double(MaxCol - MinCol) / (MaxCol + MinCol);
  50.            else if(lightness > 0.5)
  51.               saturation = double(MaxCol - MinCol) / ( 510 - (MaxCol + MinCol));
  52.         }
  53.  
  54.       if(CurrentHSLChannel == HSLCHannelHSL)
  55.       {
  56.        rColor.red   = Hue / 360.0 * 255 + VariedHue;
  57.        rColor.green = saturation * 255 + VariedSaturation;  
  58.        rColor.blue  = lightness * 255 + VariedLightness;
  59.       }
  60.       else
  61.       { 
  62.           int Col;
  63.           if(CurrentHSLChannel == HCHannelHSL)
  64.               Col = Hue / 360.0 * 255 + VariedHue;
  65.           else 
  66.               if(CurrentHSLChannel == SCHannelHSL)
  67.               Col = saturation * 255 + VariedSaturation;
  68.           else 
  69.               if(CurrentHSLChannel == LCHannelHSL)
  70.               Col = lightness * 255 + VariedLightness;
  71.  
  72.           rColor.set(Col, Col, Col);
  73.       }
  74.  
  75.      rColor.SetRange(0, 255);
  76. }
  77.  
  78. void FormatHSLConvert::HSLToRGBConvert(FilterColor oColor, FilterColor& rColor)
  79. {
  80.     //oColor.red   - oColor.Hue
  81.     //oColor.green - oColor.saturation
  82.     //oColor.blue  - oColor.lightness
  83.  
  84.     if(oColor.green == 0)
  85.          rColor.set(oColor.blue, oColor.blue, oColor.blue);
  86.     else
  87.     {   
  88.         double Hue        = (double)oColor.red / 255.0; //色相 (原0-360，规范化到0 -1 )
  89.         double saturation = (double)oColor.green / 255.0; //饱和度 (0，1)
  90.         double lightness  = (double)oColor.blue / 255.0;  //亮度 (0,1)
  91.  
  92.         double mp = 0.0, mq = 0.0;
  93.         double tRGB[3];
  94.         int i = 0;
  95.  
  96.         if(lightness < 0.5)
  97.           mq = lightness * (1 + saturation);
  98.         else
  99.           mq = lightness + saturation - (lightness * saturation);
  100.  
  101.         mp = 2 * lightness - mq;
  102.  
  103.         tRGB[0] = Hue + 0.333333;  // tR
  104.         tRGB[1] = Hue;             // tG
  105.         tRGB[2] = Hue - 0.333333;  // tB
  106.  
  107.         for(i = 0; i < 3; ++i)
  108.         {
  109.         if(tRGB[i] < 0)
  110.             tRGB[i] = tRGB[i] + 1.0;
  111.         else if(tRGB[i] > 1)
  112.             tRGB[i] = tRGB[i] - 1.0;
  113.  
  114.         if(tRGB[i] < 0.166666)
  115.             tRGB[i] = mp + ((mq - mp) * 6 * tRGB[i]);
  116.         else if(tRGB[i] >= 0.166666 && tRGB[i] < 0.5)
  117.             tRGB[i] = mq;
  118.         else if(tRGB[i] >= 0.5 && tRGB[i] < 0.666666)
  119.             tRGB[i] = mp + ((mq - mp) * 6 * (0.666666 - tRGB[i]));
  120.         else
  121.             tRGB[i] = mp;
  122.         }
  123.  
  124.         rColor.set(tRGB[0]* 255, tRGB[1]* 255, tRGB[2]* 255);
  125.         rColor.SetRange(0, 255);
  126.     }
  127.  
  128. }

说到底，转换的原理，那些深奥的东西我们没有必要知道，只要知道具体的转换公式，一切都很简单了。

程序截图：
[若看不到本博客图片，可参照此帖，简单的复原法：[显示本站所有图片] ]

图像空间HSL/HSV www.zwqxin.com
(原图片)

 HSL/HSV空间 [FormatHSLConvert & FormatHSVConvert]
[注：以下展示，为在HSL空间里修改参量，在RGB空间里查看结果]
图像空间HSL/HSV www.zwqxin.com
（在HSL空间，单独提高色相H分量）
图像空间HSL/HSV www.zwqxin.com
（在HSL空间，单独提高饱和度S分量）
图像空间HSL/HSV www.zwqxin.com
（在HSL空间，单独提高亮度L分量）
图像空间HSL/HSV www.zwqxin.com
[当然可随意自由转换空间，如上为保持HSL空间的修改回到RGB空间，查看R/G分量]
[注：以下展示，为在HSV空间里修改参量，在RGB空间里查看结果]
图像空间HSL/HSV www.zwqxin.com
（在HSV空间，单独降低色相H分量）
图像空间HSL/HSV www.zwqxin.com
（在HSV空间，单独降低饱和度S分量[注意此S不同上S]）
图像空间HSL/HSV www.zwqxin.com
（在HSV空间，单独降低“值”V分量）
图像空间HSL/HSV www.zwqxin.com
[当然可随意在任何空间查看谱图或单独查看某一分量谱图，如上为HSV空间和HSV空间的S分量查看图（按灰度展示）]

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