颜色(二):HSV模型

HSV(Hue, Saturation, Value)是根据颜色的直观特性由A. R. Smith在1978年创建的一种颜色空间, 也称六角锥体模型(Hexcone Model)。

这个模型中颜色的参数分别是:色调(H),饱和度(S),亮度(V)。

颜色模型

1.色调H

用角度度量,取值范围为0°~360°,从红色开始按逆时针方向计算,红色为0°,绿色为120°,蓝色为240°。它们的补色是:黄色为60°,青色为180°,品红为300°。

2.饱和度S

饱和度S表示颜色接近光谱色的程度。一种颜色,可以看成是某种光谱色与白色混合的结果。其中光谱色所占的比例愈大,颜色接近光谱色的程度就愈高,颜色的饱和度也就愈高。饱和度高,颜色则深而艳。光谱色的白光成分为0,饱和度达到最高。通常取值范围为0%~100%,值越大,颜色越饱和。

3.亮度V

亮度表示颜色明亮的程度,对于光源色,亮度值与发光体的光亮度有关;对于物体色,此值和物体的透射比或反射比有关。通常取值范围为0%(黑)到100%(白)。

RGB和CMY颜色模型都是面向硬件的,而HSV(Hue Saturation Value)颜色模型是面向用户的。

HSV模型的三维表示从RGB立方体演化而来。设想从RGB沿立方体对角线的白色顶点向黑色顶点观察,就可以看到立方体的六边形外形。六边形边界表示色彩,水平轴表示纯度,明度沿垂直轴测量。

六棱锥

H参数表示色彩信息,即所处的光谱颜色的位置。该参数用一角度量来表示,红、绿、蓝分别相隔120度。互补色分别相差180度。

纯度S为一比例值,范围从0到1,它表示成所选颜色的纯度和该颜色最大的纯度之间的比率。S=0时,只有灰度。

V表示色彩的明亮程度,范围从0到1。有一点要注意:它和光强度之间并没有直接的联系。

RGB与HSV的联系

RGB转化到HSV的算法:

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max = max(R,G,B);
min = min(R,G,B);
V = max(R,G,B)/255
S = (max-min)/max

if (R = max) H =(G-B)/(max-min)* 60
if (G = max) H = 120+(B-R)/(max-min)* 60
if (B = max) H = 240 +(R-G)/(max-min)* 60
if (H < 0) H = H+ 360

HSV转化到RGB的算法:

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if (s = 0)
R=G=B=V;

else
H /= 60;
i = INTEGER(H);
f = H - i;
a = V * ( 1 - s );
b = V * ( 1 - s * f );
c = V * ( 1 - s * (1 - f ) );

switch(i)
case 0: R = V; G = c; B = a;
case 1: R = b; G = v; B = a;
case 2: R = a; G = v; B = c;
case 3: R = a; G = b; B = v;
case 4: R = c; G = a; B = v;
case 5: R = v; G = a; B = b;

HSV对用户来说是一种直观的颜色模型。我们可以从一种纯色彩开始,即指定色彩角H,并让V=S=1,然后我们可以通过向其中加入黑色和白色来得到我们需要的颜色。增加黑色可以减小V而S不变,同样增加白色可以减小S而V不变。

例如,要得到深蓝色,V=0.4 S=1 H=240度。要得到淡蓝色,V=1 S=0.4 H=240度。

一般说来,人眼最大能区分128种不同的色彩,130种色饱和度,23种明暗度。如果我们用16Bit表示HSV的话,可以用7位存放H,4位存放S,5位存放V,即745或者655就可以满足我们的需要了。

由于HSV是一种比较直观的颜色模型,所以在许多图像编辑工具中应用比较广泛,如Photoshop(在Photoshop中叫HSB)等等,但这也决定了它不适合使用在光照模型中,许多光线混合运算、光强运算等都无法直接使用HSV来实现。

顺便提一下,另外一种直观颜色模型是HSL模型,该模型中前两个参数和HSV一样,而L表示亮度。它的三维表示为一双棱锥。


以上