HSL ve HSV - HSL and HSV

Şekil 1. HSL (a–d) ve HSV (e–h). Yukarıda (a, e): her birinin 3D modelleri. Aşağıda: bir modelin üç parametresinden ikisini aynı anda gösteren ve diğerini sabit tutan iki boyutlu grafikler: sabit doygunluğa sahip silindirik kabuklar (b, f), bu durumda her silindirin dış yüzeyi; sabit HSL hafifliği veya HSV değerinin yatay kesitleri (c, g), bu durumda dilimler her silindirin yarısına kadar; ve sabit renk tonunun dikdörtgen dikey kesitleri (d, h), bu durumda tonlar 0° kırmızı ve tamamlayıcısı 180° camgöbeği.

HSL ( ton, doygunluk, hafiflik için ) ve HSV ( ton, doygunluk, değer için ; ayrıca HSB olarak da bilinir , ton, doygunluk, parlaklık için ) , 1970'lerde bilgisayar grafik araştırmacıları tarafından daha fazlası için tasarlanan RGB renk modelinin alternatif temsilleridir. insan görüşünün renk oluşturma özelliklerini algılama biçimiyle yakından uyumludur. Bu modellerde, her tonun renkleri, altta siyahtan üstte beyaza kadar değişen nötr renklerin merkezi bir ekseni etrafında radyal bir dilim halinde düzenlenir.

HSL temsili, karışımdaki değişen miktarlarda siyah veya beyaz boyaya benzeyen hafiflik boyutuyla gerçek dünyada renk oluşturmak için farklı boyaların birlikte karışma şeklini modeller (örneğin, "açık kırmızı" oluşturmak için kırmızı bir pigment ile karıştırılabilir). beyaz boya; bu beyaz boya, HSL gösteriminde yüksek bir "hafiflik" değerine karşılık gelir). Tamamen doygun renkler, sırasıyla tamamen siyah veya beyaza karşılık gelen 0 veya 1 açıklık değeriyle ½ açıklık değerinde bir daire etrafına yerleştirilir.

Bu arada, HSV temsili renklerin ışık altında nasıl göründüğünü modeller. HSL ve HSV arasındaki fark, HSL'de maksimum açıklığa sahip bir rengin saf beyaz olmasıdır, ancak HSV'de maksimum değere/parlaklığa sahip bir renk, renkli bir nesne üzerinde beyaz bir ışık parlamasına benzerdir (örn. nesne, nesnenin hala kırmızı, sadece daha parlak ve yoğun görünmesine neden olurken, kırmızı bir nesneye loş bir ışık tutması nesnenin daha koyu ve daha az parlak görünmesine neden olur).

Hem HSV hem de HSL ile ilgili sorun, bu yaklaşımların rengi, insanın renk algısına göre üç değer bileşenine etkili bir şekilde ayırmamasıdır. Bu, doygunluk ayarları değiştirildiğinde görülebilir - "V" veya "L" ayarının sabitlenmesine rağmen algısal hafiflikteki farkı fark etmek oldukça kolaydır.

Temel prensip

Şekil 2a. HSL silindir.
2b. HSV silindiri.

HSL ve HSV'nin her ikisi de silindirik geometrilerdir ( şekil 2 ), renk tonu, açısal boyutları, kırmızı birincilden 0°'de başlar, yeşil birincilden 120°'de geçer ve mavi birincilden 240°'de geçer ve sonra geri sarılır. 360° kırmızı. Her bir geometride, merkezi dikey eksen, yukarıdan aşağıya, açıklık 1'de beyaz (değer 1) ve açıklık 0'da siyah (değer 0) arasında değişen nötr , akromatik veya gri renkleri içerir.

Her iki geometride de, toplamalı birincil ve ikincil renkler ( kırmızı, sarı , yeşil, camgöbeği , mavi ve macenta) ve bunların bitişik çiftleri arasındaki, bazen saf renkler olarak adlandırılan doğrusal karışımlar , doygunluk 1 ile silindirin dış kenarı etrafında düzenlenir. Bu doygun renklerin açıklığı HSL'de 0,5, HSV'de ise 1 değerine sahiptir. Bu saf renklerin siyahla karıştırılması - gölgeler denilen - doygunluğu değiştirmeden bırakır. HSL'de, beyaz ile renklendirme ile doygunluk da değişmez ve yalnızca hem siyah hem de beyaz içeren karışımlar - tonlar - 1'den daha az doygunluğa sahiptir. HSV'de, tek başına renklendirme doygunluğu azaltır.

Şekil 3a–b. Ton ve (a) HSL açıklığı veya (b) HSV değerini doygunluk (o dilim için maksimum kroma üzerinde kroma) yerine kroma ( RGB değerleri aralığı ) karşı çizersek , elde edilen katı sırasıyla bir bicon veya konidir , bir silindir. Bu tür diyagramlar genellikle, renk boyutu kafa karıştırıcı bir şekilde "doygunluk" olarak etiketlenmiş olarak HSL veya HSV'yi doğrudan temsil ettiğini iddia eder.
Ortada beyaz (doygunluk 0) ve kenarda tam doygun renkler olan HSV renk uzayında 1 değerindeki renkler. Bir ekranda görüntülenebilen tüm renkler , bu renklerin tonlarıdır .

Çünkü çok koyu (her iki modelde de) veya çok açık (HSL'de) nötre yakın renklerin tamamen doygun olarak kabul edildiği bu doygunluk tanımları (örneğin, dilimlenmiş HSL silindirinde sağ alttan veya sağ üstten)—sezgisel renk saflığı kavramıyla çelişir , bunun yerine genellikle konik veya bikonik bir katı çizilir ( şekil 3 ), bu makalenin radyal boyutu olarak kroma dediği şeyle ( RGB değerlerinin aralığına eşittir ) , doygunluk yerine (burada doygunluk, (bi) koninin o dilimindeki maksimum kroma üzerindeki kroma eşittir). Şaşırtıcı bir şekilde, bu tür diyagramlar genellikle bu radyal boyutu "doygunluk" olarak etiketler, doygunluk ve kroma arasındaki ayrımı bulanıklaştırır veya siler. Aşağıda açıklandığı gibi , renk hesaplaması, her modelin türetilmesinde yardımcı bir adımdır. Hue, chroma ve HSV değeri veya HSL hafifliği boyutlarına sahip böyle bir ara model bir koni veya bikon şeklini aldığından, HSV genellikle "hexcone modeli" olarak adlandırılırken HSL genellikle "bi-hexcone modeli" olarak adlandırılır ( şekil 8 ).

Motivasyon

HSL renk uzayı, 1938'de Georges Valensi tarafından , mevcut monokrom (yani sadece L sinyalini içeren) yayınlara renk kodlaması eklemek için bir yöntem olarak icat edildi ve mevcut alıcıların herhangi bir değişiklik olmaksızın yeni renkli yayınları (siyah beyaz olarak) almasına izin verdi. parlaklık (siyah beyaz) sinyal, geliştirilmemiş yayınlanır. NTSC , PAL ve SECAM dahil olmak üzere tüm büyük analog yayın televizyon kodlamasında ve tüm büyük dijital yayın sistemlerinde kullanılmıştır ve kompozit videonun temelidir .

Şekil 4. Ressamlar, nispeten parlak pigmentleri siyah ve beyazla birleştirerek renkleri uzun süre karıştırdılar. Beyazlı karışımlara renk tonu , siyahlı karışımlara gölge , her ikisinin karışımına ise ton denir . Renk tonları ve gölgeler bölümüne bakın .
Birkaç boya karıştırma terimi üçgen bir düzende düzenlenebilir: Üçgenin sol kenarı üstte beyaz ve altta siyah, ikisi arasında gri, her biri kendi ovalinde gösterilir.  Üçgenin sağ köşesinde saf bir renk (bu durumda parlak mavi-yeşil) bulunur.  Saf renk ile siyah arasındaki kenarda bir gölge (daha koyu mavi-yeşil), saf renk ile beyaz arasında bir renk tonu (daha açık, soluk mavi-yeşil) ve üçgenin ortasında bir ton bulunur ( sessiz bir mavi-yeşil).
Şekil 5. Alman kimyager Wilhelm Ostwald'ın 1916 tarihli bu renk modeli , 24 "saf" rengi bir ton çemberi içinde ve her bir tonun renklerini bir üçgen halinde organize ederek "beyaz ve siyahla karışımlar" yaklaşımını örneklemektedir . Böylece model bir bicon şeklini alır.
RGB küpünün orijininde siyah vardır ve R, G ve B üç boyutu siyahtan uzağa ortogonal yönlere işaret eder.  Bu yönlerin her birindeki köşe ilgili ana renktir (kırmızı, yeşil veya mavi), siyahtan daha uzaktaki köşeler ise iki ana rengin birleşimidir (kırmızı artı yeşil sarıyı, kırmızı artı mavi macentayı, yeşil artı maviyi yapar) camgöbeği).  Küpün başlangıç ​​noktasından en uzak köşesinde beyaz yer alır.  Küpteki herhangi bir nokta, RGB gamı ​​içindeki belirli bir rengi tanımlar.
Şekil 6a. RGB gamı ​​bir küp içinde düzenlenebilir.
Aynı görüntü, netlik için bir kısmı kaldırılmıştır.
6b. Aynı görüntü, netlik için bir kısmı kaldırılmıştır.
Klasik patent başvurusu tarzında, bu, çapraz tarama ile gölgelendirilmiş, en üstte listelenen patent adı, mucit adı ve patent numarası ile siyah beyaz bir diyagramdır.  Bu diyagram, Tektronix'in kolay görüntüleme için genişletilmiş dikey bir eksen boyunca yatay dairesel dilimlerden oluşan bikonik HSL geometrisinin üç boyutlu bir görünümünü göstermektedir.  Her dairesel dilimde doygunluk, merkezde sıfırdan kenarlarda bire doğru giderken, ton, maviden sıfır tonla, kırmızıdan 120 derece ve yeşil ton 240 derece ile başlayan ve tekrar maviye dönen açısal bir boyuttur.
Şekil 7. Tektronix grafik terminalleri, 1979'da HSL'nin en eski ticari uygulamasını kullandı. 1983'te dosyalanan bir patentten alınan bu diyagram, modelin altında yatan bicon geometrisini göstermektedir.

Çoğu televizyon, bilgisayar ekranı ve projektör, kırmızı, yeşil ve mavi ışığı değişen yoğunluklarda birleştirerek renkler üretir - RGB katkılı birincil renkler olarak adlandırılır . RGB renk uzayında elde edilen karışımlar, çok çeşitli renkleri yeniden üretebilir ( gamut olarak adlandırılır ); bununla birlikte, kırmızı, yeşil ve mavi ışığın bileşen miktarları ile ortaya çıkan renk arasındaki ilişki, özellikle deneyimsiz kullanıcılar ve renklerin ve gölgelere dayalı geleneksel sanatçı modellerinin veya boyaların eksiltici renk karışımına aşina olan kullanıcılar için sezgisel değildir ( şek. 4 ). Ayrıca, ne eklemeli ne de çıkarmalı renk modelleri, renk ilişkilerini insan gözünün yaptığı gibi tanımlamaz .

Örneğin, rengi 0-255 arasında değişen üç kaydırıcı tarafından kontrol edilen , biri kırmızı, yeşil ve mavi birincillerin yoğunluğunu kontrol eden bir RGB ekranımız olduğunu hayal edin . Nispeten renkli bir portakalla başlarsak , sRGB değerleri ile R = 217 , G = 118 , B = 33 ve renkliliğini yarı yarıya daha az doygun bir turuncuya indirmek istiyor, aşağıda gösterildiği gibi R'yi 31 azaltmak , G'yi 24 artırmak ve B'yi 59 artırmak için kaydırıcıları sürüklememiz gerekir .

Sezgisel olmayan-rgb.png

Daha geleneksel ve sezgisel renk karıştırma modellerini yerleştirmek amacıyla , PARC ve NYIT'deki bilgisayar grafikleri öncüleri, 1970'lerin ortalarında bilgisayar görüntüleme teknolojisi için HSV modelini tanıttılar ve bu model Alvy Ray Smith tarafından Computer Graphics'in Ağustos 1978 sayısında resmi olarak tanımlandı . Aynı sayıda Joblove ve Greenberg, boyutlarını ton , bağıl renk ve yoğunluk olarak adlandırdıkları HSL modelini tanımladılar ve bunu HSV ile karşılaştırdılar ( şekil 1 ). Modelleri daha çok renklerin insan görüşünde ton, hafiflik ve kroma gibi diğer renk oluşturma özellikleri açısından nasıl organize edildiğine ve kavramsallaştırıldığına dayanıyordu ; ve ayrıca daha açık, daha koyu veya daha az renkli renkler elde etmek için parlak renkli pigmentleri siyah veya beyazla karıştırmayı içeren geleneksel renk karıştırma yöntemleri (örneğin resimde).

Ertesi yıl, 1979, at SIGGRAPH , Tektronix renk tanımlaması için HSL kullanarak grafik terminalleri tanıttı ve Bilgisayar Grafikleri Standartları Komitesi yıllık durum raporu (bunu tavsiye şek. 7 ). Bu modeller yalnızca ham RGB değerlerinden daha sezgisel oldukları için değil, aynı zamanda RGB'ye ve RGB'den dönüşümlerin hesaplanması son derece hızlı olduğu için de kullanışlıydı: 1970'lerin donanımında gerçek zamanlı olarak çalışabilirlerdi. Sonuç olarak, bu modeller ve benzerleri, o zamandan beri görüntü düzenleme ve grafik yazılımlarında her yerde bulunur hale geldi. Kullanımlarından bazıları aşağıda açıklanmıştır .

resmi türetme

Akış şeması benzeri bir diyagram, HSL, HSV ve bir luma/chroma/hue modelinin türetilmesini gösterir.  En üstte, siyah altta ve beyaz üstte olacak şekilde ilk adım olarak köşesine yatırılan bir RGB "renk küpü" bulunur.  Bir sonraki adımda, üç model birbirinden ayrılır ve kırmızı, sarı, yeşil, camgöbeği, mavi ve macenta'nın yüksekliği, hafiflik, değer veya luma formülüne göre belirlenir: HSV'de bunların altısı da beyaz olan uçak, baş aşağı altıgen bir piramit yapar;  HSL'de, altısı da beyaz ve siyah arasında bir düzleme yerleştirilerek bir çift piramit yapılır;  luma/chroma/hue modelinde yükseklik, luma'nın 0,3 çarpı kırmızı artı 0,6 çarpı yeşil artı 0,1 çarpı mavi olan yaklaşık formülüyle belirlenir.  Bir sonraki adımda, her yatay HSL ve HSV dilimi, tek tip genişlikte bir altıgen prizmayı dolduracak şekilde genişletilirken, luma/chroma/hue modeli, değişiklik yapılmadan bu prizmaya basitçe gömülür.  Son bir adım olarak, üç modelin altıgen prizmaları, ton ve doygunluk veya kroma tanımının doğasını yansıtan silindirlere bükülür.  Tüm ayrıntılar ve matematiksel biçimcilik için bu bölümün geri kalanını okuyun.
Şekil 8. Bir RGB "renk küpünün" silindirik HSL ve HSV temsillerinin geometrik türevi.
Bir RGB "renk küpünün" silindirik HSV temsilinin görselleştirilmiş geometrik türevi.
Bir RGB "renk küpünün" silindirik HSL temsilinin görselleştirilmiş geometrik türevi.

Renk oluşturma özellikleri

HSL ve HSV geometrilerinin boyutları (algısal temelli olmayan RGB modelinin basit dönüşümleri) , CIE veya ASTM gibi bilim adamları tarafından tanımlandığı gibi, aynı adların fotometrik renk oluşturma özellikleriyle doğrudan ilişkili değildir . Yine de, modellerimizin türetilmesine geçmeden önce bu tanımları gözden geçirmeye değer. Aşağıdaki renk oluşturma niteliklerinin tanımları için bakınız:

renk tonu
"Bir alanın algılanan renklerden birine ( kırmızı, sarı, yeşil ve mavi) veya bunların ikisinin birleşimine benzediği görsel bir duyumun niteliği ".
Parlaklık ( L e,Ω )
Işıma gücü birimi başına özel bir yüzeyi boyunca ışık geçen katı açı birimi başına ölçülen, alan öngörülen SI birimleri olarak watt başına steradyan başına metre kare ( · B sr -1 • m -2 ).
Parlaklık ( Y veya L v,Ω )
SI birimleri olarak ölçülmüştür, tipik bir insan gözlemci her bir dalga boyunun etkisi ile ağırlıklı ışıma metrekare başına, mum ( cd / m 2 ). Terim çoğu zaman parlaklık için kullanılan göreceli parlaklık , Y / Y , n , burada Y, n, referans ışıklılık olan beyaz nokta .
Luma ( Y' )
JPEG sıkıştırması ve video iletimi için gama düzeltmeli R ' , G ' ve B ' değerlerinin ağırlıklı toplamı ve Y'CbCr 'de kullanılır .
Parlaklık (veya değer)
"Bir alanın az ya da çok ışık yayıyormuş gibi görünmesine bağlı olarak görsel bir duyumun niteliği".
hafiflik
"Benzer şekilde aydınlatılmış bir beyazın parlaklığına göre parlaklık".
renklilik
"Bir alanın algılanan renginin az ya da çok kromatik göründüğüne göre görsel bir duyumun niteliği".
renk
"Benzer şekilde aydınlatılmış bir beyazın parlaklığına göre renklilik".
Doyma
"Kendi parlaklığına göre bir uyaranın renkliliği".

Parlaklık ve renklilik , genellikle göze giren ışığın spektral dağılımını tanımlayan mutlak ölçülerdir, hafiflik ve kroma ise bazı beyaz noktalara göre ölçülür ve bu nedenle genellikle yüzey renklerinin tanımları için kullanılır, parlaklık ve renklilik olarak bile kabaca sabit kalır. farklı aydınlatma ile değiştirin . Doygunluk , ya rengin parlaklığa oranı ya da kromanın açıklığa oranı olarak tanımlanabilir.

Genel yaklaşım

HSL, HSV ve ilgili modeller geometrik stratejiler yoluyla türetilebilir veya "genelleştirilmiş LHS modelinin" belirli örnekleri olarak düşünülebilir. HSL ve HSV model yapımcıları, R , G , B [0, 1] ile gösterilen bir renkte kırmızı, yeşil ve mavi ışıktan oluşan bir RGB küpü aldılar ve siyahın dinlenmesi için köşesine yatırdılar. dikey eksen boyunca doğrudan üzerinde beyaz olacak şekilde orijinde, ardından 0°'de kırmızı ile başlayarak, küpteki renklerin tonunu bu eksen etrafındaki açılarına göre ölçtü. Daha sonra parlaklık/değer/hafiflik karakterizasyonu ile geldiler ve doygunluğu, diğer parametrelerin her bir çifti için eksen boyunca 0'dan en renkli noktada 1'e kadar olacak şekilde tanımladılar.

Ton ve kroma

Beyaz köşesi siyah köşesinin üzerinde dikey olarak duracak şekilde eğilmiş bir RGB küpü, bu nötr eksene dik olan düzleme yansıtıldığında, kırmızı, sarı, yeşil, camgöbeği, mavi ve macenta ile bir altıgen şeklini alır. köşelerinde saat yönünün tersine düzenlenmiştir.  Bu projeksiyon, başlık ve makale metninde açıklandığı gibi herhangi bir rengin tonunu ve kromasını tanımlar.
Şekil 9. Hem ton hem de kroma, RGB küpünün "kromatiklik düzleminde" bir altıgen üzerine izdüşümüne dayalı olarak tanımlanır. Chroma, bir noktadan geçen altıgenin göreli boyutudur ve renk tonu, bu altıgenin kenarının çevresinde noktanın ne kadar uzakta olduğudur.

Modellerimizin her birinde, hem tonu hem de Joblove ve Greenberg'den (1978) sonra bu makalenin chroma olarak adlandıracağı şeyi aynı şekilde hesaplıyoruz - yani, bir rengin tonu tüm bu modellerde aynı sayısal değerlere sahiptir, chroma'sında olduğu gibi. Bizim eğik RGB küp almak ve varsa proje "kromatikliğini üzerine düzlem " dik nötr eksene, bizim projeksiyon (kendi köşelerinde kırmızı, sarı, yeşil, mavi, mavi ve eflatun ile, bir altıgen şeklini alır incir 9 ). Ton , kabaca vektörün izdüşümdeki bir noktaya olan açısıdır , 0°'de kırmızı, kroma ise kabaca noktanın orijine olan uzaklığıdır.

Daha doğrusu, bu modeldeki hem ton hem de kroma, projeksiyonun altıgen şekline göre tanımlanır. Renk altıgen kenarına uzaklığa oranıdır. Bitişik diyagramın alt kısmında bu, uzunlukların oranı OP / OP ' veya alternatif olarak iki altıgenin yarıçaplarının oranıdır. Bu oran, bir renkteki R , G veya B arasındaki en büyük ve en küçük değerler arasındaki farktır . Tanımlarımızı yazmayı kolaylaştırmak için bu maksimum, minimum ve kroma bileşen değerlerini sırasıyla M , m ve C olarak tanımlayacağız .

Kromanın neden M - m olarak yazılabileceğini anlamak için , R = G = B olan herhangi bir nötr rengin orijine yansıdığına ve dolayısıyla 0 kroma sahip olduğuna dikkat edin . Böylece, R , G ve B 'nin üçünden de aynı miktarı toplar veya çıkarırsak, eğik küpümüzün içinde dikey olarak hareket ederiz ve izdüşüm değiştirmeyiz. Bu nedenle, herhangi iki renk ( R , G , B ) ve ( R - m , G - m , B - m ) aynı noktaya yansır ve aynı kromaya sahiptir. Bileşenlerinden biri sıfıra ( m = 0) eşit olan bir rengin kroması , diğer iki bileşenin maksimumudur. Bu renk bir M sıfır bileşeni olan bir renk özel durumda ve M - m, genel olarak.

Renk öngörülen noktasından geçer altıgenin kenarında mesafenin oranı olan, ilk olarak dizi ölçülen [0, 1] ama şimdi tipik olarak ölçülen derece [0 °, 360 °] . Kromatiklik düzleminde orijine yansıyan noktalar için (yani griler), hue tanımsızdır. Matematiksel olarak, bu hue tanımı parça parça yazılmıştır :

Bazen, nötr renklere (yani C = 0 ile ) temsil kolaylığı için 0°'lik bir ton atanır.

Soldaki resimde daha önce gösterilen altıgen izdüşümdür.  Sağda, altıgenin her bir kenarı, aynı yarıçapa sahip bir dairenin 60°'lik bir yayına dönüştürülmüştür.
Şekil 10. HSL ve HSV'deki ton ve kroma tanımları, altıgenleri daire şeklinde bükme etkisine sahiptir.

Bu tanımlar, altıgenlerin dairelere geometrik bir şekilde bükülmesi anlamına gelir: altıgenin her bir tarafı, dairenin 60°'lik bir yayı üzerine doğrusal olarak eşlenir ( şekil 10 ). Böyle bir dönüşümden sonra, ton tam olarak orijin etrafındaki açıdır ve chroma orijinden olan mesafedir: bir renge işaret eden vektörün açısı ve büyüklüğü .

RGB küpünün nötr eksenine dik düzleme yansımasının altıgen kenarına referansla ton ve kroma ölçmek yerine, düzlemde alfa ve beta kromatiklik koordinatlarını tanımlayabiliriz - alfa kırmızı yönü gösterecek şekilde ve beta ona dik—ve ardından hue H2 ve chroma C2'yi bunların kutupsal koordinatları olarak tanımlayın.  Yani, tonun tanjantı beta bölü alfadır ve kroma kare alfa kare artı beta karedir.
Şekil 11. Dikdörtgen renklilik koordinatlarını α ve β oluşturmak ve ardından bunları renk tonu H 2 ve kroma C 2'ye dönüştürmek, altıgen renk tonu H ve kroma C'yi hesaplamaktan biraz farklı değerler verir : bu şemadaki sayıları bu bölümde daha önce verilenlerle karşılaştırın.

Bazen görüntü analiz uygulamaları için, bu altıgen-to-daire dönüşümü atlanır ve renk türü ve kroma (bu ifade edeceğiz H 2 ve Cı- 2 olağan kartezyen-için polar ile tanımlanır) transformasyonlar (koordinat şek. 11 ). Bunları elde etmenin en kolay yolu, α ve β olarak adlandıracağımız bir çift kartezyen kromatiklik koordinatıdır :

( "İki bağımsız değişkenli arktanjant" olan atan2 işlevi, açıyı bir kartezyen koordinat çiftinden hesaplar.)

Bu iki ton tanımının ( H ve H 2 ) herhangi bir renk için aralarındaki maksimum farkla neredeyse çakıştığına dikkat edin - bu , on iki belirli tonda meydana gelir, örneğin H = 13.38° , H 2 = 12.26° - ile , H = H 2 30 her için birden çok °. İki renk tanımı ( C ve C 2 ) daha önemli ölçüde farklıdır: altıgenimizin köşelerinde eşittirler, ancak iki köşe arasındaki noktalarda, örneğin H = H 2 = 30° , elimizde C = 1 vardır , ancak C 2 = ¾ ≈ 0.866 , yaklaşık % 13.4'lük bir fark.

hafiflik

HSV değerini kroma karşı çizdiğimizde, sonuç, renk tonundan bağımsız olarak, altta siyah ve üstte beyaz olmak üzere, sağ ve sol üstteki iki tamamlayıcı renk tonunun en kromatik renkleriyle parantez içine alınmış baş aşağı bir ikizkenar üçgendir. köşeler.  HSL hafifliğini chroma'ya karşı çizdiğimizde, sonuç, yine altta siyah ve üstte beyaz olan bir eşkenar dörtgendir, ancak renkli tamamlayıcılar, çizginin ortasındaki yatay uçlarda bulunur.  Bazen HSI yoğunluğu olarak adlandırılan bileşen ortalamasını kroma karşı çizdiğimizde, sonuç, şekli renk tonuna bağlı olarak değişen bir paralelkenardır, çünkü her renk tonu için en kromatik renkler siyah ve beyaz arasında üçte bir ile üçte iki arasında değişir.  Luma'yı chroma'ya karşı çizmek, çok daha çeşitli şekillerde bir paralelkenar verir: mavi, siyahtan beyaza giden yolun yaklaşık yüzde 10'unda uzanırken, tamamlayıcısı sarı, yolun yüzde 90'ında yer alır;  aksine yeşil, siyahtan beyaza giden yolun yaklaşık yüzde 60'ı kadardır, tamamlayıcı macenta ise buradaki yolun yüzde 40'ıdır.
12a–d. Bir çift tamamlayıcı renk tonu için kroma karşı çizilen dört farklı olası "hafiflik" boyutu. Her çizim, üç boyutlu renkli katının dikey bir kesitidir.

Ton tanımı nispeten tartışmasız olsa da - aynı algılanan renk tonundaki renklerin aynı sayısal renk tonuna sahip olması gerektiği kriterini kabaca karşılar - hafiflik veya değer boyutunun tanımı daha az açıktır: amaca ve hedeflere bağlı olarak birkaç olasılık vardır. temsilinden. İşte en yaygın dördü ( şekil 12 ; bunlardan üçü de şekil 8'de gösterilmiştir ):

  • En basit tanım, yoğunluk olarak adlandırılan HSI modelindeki üç bileşenin yalnızca aritmetik ortalamasıdır , yani ortalamasıdır ( şekil 12a ). Bu basitçe bir noktanın nötr eksen üzerine izdüşümüdür - eğik küpümüzdeki bir noktanın dikey yüksekliği. Avantajı, ton ve kroma Öklid uzaklığı hesaplamaları ile birlikte, bu gösterimin RGB küpünün geometrisinden uzaklıkları ve açıları korumasıdır.
  • HSV "hexcone" modelinde, değer bir rengin büyük bileşen olarak tanımlanır, bizim M yukarıda ( şek. 12b ). Bu, üç ana rengin tümünü ve ayrıca tüm "ikincil renkler" - camgöbeği, sarı ve macenta - RGB küpünden altıgen bir piramit oluşturarak beyaz bir düzleme yerleştirir .
  • HSL "bi-hexcone" modelinde hafiflik , en büyük ve en küçük renk bileşenlerinin ( şekil 12c ), yani RGB bileşenlerinin orta aralığının ortalaması olarak tanımlanır . Bu tanım aynı zamanda birincil ve ikincil renkleri bir düzleme, ancak beyaz ve siyahın ortasından geçen bir düzleme yerleştirir. Ortaya çıkan renkli katı, yukarıda gösterilen Ostwald'ınkine benzer bir çift konidir .
  • Algısal olarak daha uygun bir alternatif, hafiflik boyutu olarak luma , Y' kullanmaktır ( şekil 12d ). Luma , uzun süredir renkli televizyon yayınında tek renkli boyut olarak kullanılan, algılanan hafifliğe katkılarına dayalı olarak gama düzeltmeli R , G ve B'nin ağırlıklı ortalamasıdır . İçin sRGB , Rec. 709 primerleri Y' 709'u verir , dijital NTSC , Rec'e göre Y' 601'i kullanır . 601 ve diğer bazı birincil değerler de kullanımdadır ve bu da farklı katsayılara neden olur.
    (SDTV)
    (Adobe)
    (HDTV)
    (UHDTV, HDR)

Bunların dördü de tarafsız ekseni yalnız bırakır. Yani, R = G = B olan renkler için , dört formülasyondan herhangi biri R , G veya B değerine eşit bir hafiflik verir .

Grafiksel bir karşılaştırma için bkz . 13 aşağıda .

Doyma

Şekil 14a–d. Hem HSL hem de HSV'de doygunluk , her renk tonu ve açıklık veya değer kombinasyonu için [0, 1] aralığını doldurmak üzere basitçe ölçeklenen renktir .

Renkleri bir ton/açıklık/kroma veya ton/değer/kroma modelinde kodlarken (önceki iki bölümdeki tanımları kullanarak), tüm açıklık (veya değer) ve renk kombinasyonları anlamlı değildir: yani, renklerin yarısı ifade edilebilir kullanılarak , H ∈ [0 °, 360 °) , C ∈ [0, 1] ve V ∈ [0, 1] dışında RGB gam (Şekil 14'te dilim gri ölçek) düşer. Bu modellerin yaratıcıları, bunu bazı kullanımlar için bir sorun olarak gördü. Örneğin, boyutların ikisi bir dikdörtgende ve üçüncüsü bir kaydırıcıda bulunan bir renk seçimi arabiriminde, bu dikdörtgenin yarısı kullanılmayan alandan oluşur. Şimdi, hafiflik için bir kaydırıcımız olduğunu hayal edin: kullanıcının bu kaydırıcıyı ayarlarken niyeti potansiyel olarak belirsizdir: Yazılım, gamut dışı renklerle nasıl başa çıkmalı? Veya tersine, kullanıcı mümkün olduğunca renkli bir koyu mor seçtiyse, Ve sonra ne yapılması gerektiği yukarı hafiflik kaydırıcı, vardiya: Kullanıcı verilen renk tonu ve hafifliği için olabildiğince renkli olarak hala daha hafif mor görmeyi tercih ettiğini, Orijinal rengine tam olarak aynı kromunda ya da daha hafif mor?

Bu gibi sorunları çözmek için, HSL ve HSV modelleri , her iki durumda da yeni öznitelik doygunluğunu çağırarak, renk tonunun ve açıklığın veya değerin her kombinasyonu için her zaman [0, 1] aralığına sığacak şekilde kromayı ölçeklendirir (şek. 14). ). İkisinden birini hesaplamak için rengi, o değer veya hafiflik için maksimum renk değerine bölmeniz yeterlidir.

Şekil 15a–b. HSI'da, sağdaki dilimde gösterilen doygunluk , kabaca hafifliğe göre kromadır. Ayrıca , soldaki dilimde gösterilen I , H 2 , C 2 boyutlarına sahip bir model de yaygındır . Bu dilimleri renk üzerinde renk tonu ile aynıdır, ancak bu İlan H biraz farklıdır , H 2 .

Alır ise görüntü işleme için kullanılan HSI modeli, H 2 bir renk tonu boyutu ve bileşen ortalama olarak I bir açıklık boyut olarak ( "yoğunluk"), doygunluk tanımı ile bir silindir "dolgu" denemez. Son kullanıcılara renk seçimi veya değişiklik arayüzleri sunmak yerine, HSI'nın amacı bir görüntüdeki şekillerin ayrılmasını kolaylaştırmaktır. Doygunluk bu nedenle psikometrik tanımla uyumlu olarak tanımlanır: hafifliğe göre kroma ( şekil 15 ). Bkz görüntü analizi kullanın'ı bu makalenin bölümünde.

Bu üç farklı doygunluk tanımı için aynı adın kullanılması, üç nitelik önemli ölçüde farklı renk ilişkilerini tanımladığı için bazı karışıklıklara yol açar; HSV ve HSI'da bu terim, bir rengin kendi hafifliğine göre kromasının psikometrik tanımıyla kabaca eşleşir, ancak HSL'de buna yaklaşmaz. Daha da kötüsü, kelime doygunluk da sık (yukarıda Kromanın diyoruz ölçümlerin biri için kullanılır C veya C 2 ).

Örnekler

Aşağıda gösterilen tüm parametre değerleri yüzde (olarak verilmiştir aralığı [0, 1] için olanlar hariç olmak üzere, bir faktörü 100 tarafından ölçülen) , H ve H 2 aralığında olan [0 °, 360 °] .

Renk Kanal renk tonu renk Bileşen Luma Doyma
r G B H H 2 C Cı- 2 V L ben Y ', 601 S V S L S I
white 100% 100% 100% Yok 0%0 100% 100% 100% 100% 0%0
#808080 %50 %50 %50 Yok 0%0 %50 %50 %50 %50 0%0
black 0%0 0%0 0%0 Yok 0%0 0%0 0%0 0%0 0%0 0%0
red 100% 0%0 0%0 0 ° 100% 100% %50 %33.3 %29.9 100%
#BFBF00 %75 %75 0%0 60 ° %75 %75 %37.5 %50 %66,4 100%
#008000 0%0 %50 0%0 120 ° %50 %50 %25 %16.7 %29.3 100%
#80FFFF %50 100% 100% 180 ° %50 100% %75 %83,3 %85 %50 100% %40
#8080FF %50 %50 100% 240 ° %50 100% %75 %66.7 %55,7 %50 100% %25
#BF40BF %75 %25 %75 300 ° %50 %75 %50 %58.3 %45.7 %66.7 %50 %57.1
#A0A424 %62,8 %64,3 %14.2 61.8 ° 61,5 ° %50,1 %49.4 %64,3 %39.3 %47,1 %58.1 %77.9 %63.8 %69.9
#411BEA %25.5 %10,4 %91.8 251.1 ° 250 ° %81.4 %75 %91.8 %51.1 %42.6 %24.2 %88.7 %83,2 %75.6
#1EAC41 %11,6 %67.5 %25.5 134.9 ° 133.8 ° %55.9 %50,4 %67.5 %39.6 %34.9 %46 %82.8 %70.7 %66.7
#F0C80E %94,1 %78,5 0%5,3 49,5 ° 50,5 ° %88.8 %82.1 %94,1 %49.8 %59.3 %74.8 %94,4 %89.3 %91.1
#B430E5 %70.4 %18.7 %89.7 283.7 ° 284.8 ° %71 %63.6 %89.7 %54.3 %59.6 %42.3 %79.2 %77.5 %68.6
#ED7651 %93,1 %46,3 %31.6 14,3 ° 13,2 ° %61.5 %55,6 %93,1 %62.4 %57 %58.6 %66,1 %81.7 %44.6
#FEF888 %99.8 %97.4 %53.2 56.9 ° 57.4 ° %46,6 %45,4 %99.8 %76.5 %83,5 %93,1 %46.7 %99,1 %36.3
#19CB97 0%9,9 %79.5 %59,1 162.4 ° 163.4 ° %69.6 %62 %79.5 %44.7 %49,5 %56.4 %87.5 %77.9 %80
#362698 %21.1 %14.9 %59.7 248,3 ° 247.3 ° %44.8 %42 %59.7 %37.3 %31.9 %21.9 %75 %60,1 %53.3
#7E7EB8 %49,5 %49.3 %72.1 240,5 ° 240,4 ° %22.8 %22.7 %72.1 %60,8 %57 %52 %31.6 %29 %13,5

Son kullanıcı yazılımında kullanın

Şekil 16a–g. 1990'larda HSL ve HSV renk seçim araçları her yerde bulunurdu. Yukarıdaki ekran görüntüleri şuradan alınmıştır:
· (a) SGI IRIX 5, c. 1995;
· (b) Adobe Photoshop , c. 1990;
· (c) IBM OS/2 Warp 3, c. 1994;
· (d) Apple Macintosh System 7 , c. 1996;
· (e) Fraktal Tasarım Ressamı , c. 1993;
· (f) Microsoft Windows 3.1 , c. 1992;
· (g) SONRAKİADIM , c. 1995.
Bunlar, hiç kuşkusuz, 1970'lerin ortalarında PARC ve NYIT'e kadar uzanan daha önceki örneklere dayanmaktadır.

HSL ve HSV ve benzeri modellerin asıl amacı ve en yaygın güncel uygulaması renk seçim araçlarıdır . En basit haliyle, bu tür bazı renk seçiciler, her özellik için bir tane olmak üzere üç kaydırıcı sağlar. Bununla birlikte, çoğu, hangi belirli dilimin gösterildiğini kontrol eden bir kaydırıcı ile birlikte model boyunca iki boyutlu bir dilim gösterir. İkinci tip GUI, modellerin önerdiği silindir, altıgen prizma veya koni/bikon seçimi nedeniyle çok çeşitlidir ( sayfanın üst kısmına yakın şemaya bakın ). 1990'lardan birkaç renk seçici sağda gösterilmektedir, bunların çoğu aradan geçen sürede neredeyse değişmeden kalmıştır: bugün neredeyse her bilgisayar renk seçicisi, en azından bir seçenek olarak HSL veya HSV'yi kullanır. Bazı daha karmaşık varyantlar, uyumlu renk önerilerini aralarındaki HSL veya HSV ilişkilerine dayandırarak tüm renk setlerini seçmek için tasarlanmıştır.

Renk seçimine ihtiyaç duyan çoğu web uygulaması, araçlarını HSL veya HSV'ye de dayandırır ve çoğu büyük web ön uç çerçevesi için önceden paketlenmiş açık kaynak renk seçiciler bulunur . CSS 3 spesifikasyonu web yazarlar HSL koordinatları ile doğrudan sayfaları renkler belirlemenizi sağlar.

HSL ve HSV bazen haritalarda veya tıbbi görüntülerde olduğu gibi veri görselleştirme için gradyanları tanımlamak için kullanılır . Örneğin, popüler GIS programı ArcGIS tarihsel olarak özelleştirilebilir HSV tabanlı gradyanları sayısal coğrafi verilere uygulamıştır.

Xv hsv-modifikasyon.png
Şekil 17. xv'nin HSV tabanlı renk değiştiricisi.
PS 2.5 ton doygunluğu aracı.png
Şekil 18. Photoshop 2.5'teki ton/doygunluk aracı , yakl. 1992.

Görüntü düzenleme yazılımı, genellikle renkleri HSL veya HSV koordinatlarına veya yukarıda tanımlanan "yoğunluk" veya lumaya dayalı bir modeldeki koordinatlara göre ayarlamak için araçlar içerir . Özellikle, bir çift "renk tonu" ve "doygunluk" kaydırıcısına sahip araçlar, en azından 1980'lerin sonlarına tarihlenen yaygın bir durumdur, ancak çeşitli daha karmaşık renk araçları da uygulanmıştır. Örneğin, Unix resim görüntüleyici ve renk düzenleyici xv , altı kullanıcı tanımlı renk tonu ( H ) aralığının döndürülmesine ve yeniden boyutlandırılmasına izin verdi, doygunluk için kadran benzeri bir kontrol ( S HSV ) ve değeri kontrol etmek için eğri benzeri bir arayüz ( V )—bkz. 17. Picture Window Pro resim düzenleyicisi , HSL veya HSV alanına göre bir ton/doygunluk düzlemindeki noktaların karmaşık yeniden haritalanmasını sağlayan bir "renk düzeltme" aracı içerir.

Video editörleri de bu modelleri kullanır. Örneğin, her iki Avid ve Final Cut Pro HSL veya video renk ayarlama kullanım için de benzer bir geometriye göre renk araçları içerir. Avid aracıyla, kullanıcılar ton/doygunluk çemberi içindeki bir noktayı tıklatarak tüm renkleri o vektöre göre bir açıklık düzeyinde (gölgeler, orta tonlar, vurgular) kaydırmak için bir vektör seçer.

4.0 sürümünden bu yana, Adobe Photoshop'un "Parlaklık", "Ton", "Doygunluk" ve "Renk" karışım modları , bir luma/chroma/hue renk geometrisi kullanarak bileşik katmanları modlar . Bunlar geniş çapta kopyalanmıştır, ancak bazı taklitçiler bunun yerine HSL (örneğin PhotoImpact , Paint Shop Pro ) veya HSV geometrilerini kullanır.

Görüntü analizinde kullanın

HSL, HSV, HSI veya ilgili modeller, özellik tespiti veya görüntü segmentasyonu için bilgisayarla görme ve görüntü analizinde sıklıkla kullanılır . Bu tür araçların uygulamaları arasında, örneğin robot görüşünde nesne algılama ; nesne tanıma , örneğin yüzler , metin veya plakalar ; içerik tabanlı görüntü alma ; ve tıbbi görüntülerin analizi .

Çoğunlukla, renk görüntülerde kullanılan bilgisayar görme algoritmaları için tasarlanmış algoritmalara basit uzantıları gri tonlama örneği için resimlerin, k-ortalama veya bulanık kümeleme piksel renk veya açıkgöz kenar algılama . En basit haliyle, her bir renk bileşeni aynı algoritmadan ayrı ayrı geçirilir. Bu nedenle, ilgilenilen özelliklerin kullanılan renk boyutlarında ayırt edilebilmesi önemlidir. Çünkü R , G ve B bir dijital görüntü içinde bir nesnenin renk bileşenleri tüm bu nedenle birbirleriyle nesne düşen ışık miktarı, ile ilişkilidir, bu bileşenler cinsinden resim açıklamaları nesne ayırt etme zorlaştırır. Ton/açıklık/kroma veya ton/açıklık/doygunluk açısından açıklamalar genellikle daha alakalıdır.

1970'lerin sonlarından başlayarak, HSV veya HSI gibi dönüşümler, segmentasyon için etkinlik ve hesaplama karmaşıklığı arasında bir uzlaşma olarak kullanıldı. Yaklaşım ve niyet bakımından insan renk görüşü tarafından kullanılan nöral işlemeye benzer olarak düşünülebilir, ancak ayrıntılar üzerinde anlaşmaya varılmaz: amaç nesne algılama ise, kabaca renk tonu, hafiflik ve renk veya doygunluğu ayırmak etkilidir, ancak hiçbir şey yoktur. insan renk tepkisini kesinlikle taklit etmek için özel bir neden. John Kender'in 1976 yüksek lisans tezi HSI modelini önerdi. Ohta et al. (1980) bunun yerine I , α ve β olarak adlandırdığımız boyutlara benzer boyutlardan oluşan bir model kullandı . Son yıllarda, performansları daha karmaşık modellere kıyasla daha uygun olduğundan ve hesaplama basitlikleri zorlayıcı kaldığından, bu tür modeller geniş kullanım görmeye devam etti.

Dezavantajları

Şekil 20a. SRGB gamı CIELAB uzayda eşleştirildi. Kırmızı, yeşil ve mavi primerlere işaret eden çizgilerin, renk tonu açısıyla eşit aralıklı olmadığına ve eşit uzunlukta olmadığına dikkat edin. Primerler ayrıca farklı L * değerlerine sahiptir.
Şekil 20b. Adobe RGB gamı CIELAB uzayda eşleştirildi. Ayrıca bu iki RGB alanının farklı gamutlara sahip olduğuna ve dolayısıyla farklı HSL ve HSV temsillerine sahip olacağına dikkat edin.

HSL, HSV ve ilgili alanlar, örneğin tek bir renk seçmek için yeterince iyi hizmet ederken, renk görünümünün karmaşıklığının çoğunu görmezden gelirler. Esasen, daha karmaşık modellerin hesaplama açısından çok pahalı olacağı bilgi işlem tarihindeki bir zamandan (1970'lerin üst düzey grafik iş istasyonları veya 1990'ların ortalarında tüketici masaüstü bilgisayarları) hesaplama hızı için algısal alaka düzeyini değiştirirler.

HSL ve HSV, R , G ve B köşeleri nötr eksenden eşit uzaklıkta ve çevresinde eşit aralıklı olacak şekilde, insan algısıyla ilgisi olmayan RGB küpündeki simetrileri koruyan basit RGB dönüşümleridir . RGB gamını CIELAB (aşağıya bakınız ) gibi algısal olarak daha düzgün bir uzayda çizersek , kırmızı, yeşil ve mavi primerlerin aynı açıklığa veya kromaya veya eşit aralıklı tonlara sahip olmadığı hemen anlaşılır. Ayrıca, farklı RGB ekranlar farklı birinciller kullanır ve dolayısıyla farklı gamutlara sahiptir. HSL ve HSV yalnızca bazı RGB uzaylarına referansla tanımlandığından, bunlar mutlak renk uzayları değildir : bir rengi kesin olarak belirtmek için yalnızca HSL veya HSV değerlerinin değil, aynı zamanda temel aldıkları RGB alanının özelliklerinin de raporlanması gerekir. kullanımda gama düzeltmesi .

Bir görüntü alıp ton, doygunluk ve hafiflik veya değer bileşenlerini çıkarırsak ve bunları renk bilimcilerin tanımladığı aynı addaki bileşenlerle karşılaştırırsak, farkı algısal olarak hızlı bir şekilde görebiliriz. Örneğin, bir yangın havalandırmasının aşağıdaki resimlerini inceleyin ( şek. 13 ). Orijinal, sRGB renk alanındadır. CIELAB L *, CIE tarafından tanımlanmış bir akromatik açıklık miktarıdır (yalnızca algısal olarak akromatik parlaklık Y'ye bağlıdır , ancak sRGB renk alanının kendisinin türetildiği CIEXYZ renk uzayının karışık kromatik bileşenleri X veya Z'ye bağlı değildir) ve düzdür bu, orijinal renkli görüntüye algısal hafiflik açısından benzer görünüyor. Luma kabaca benzerdir, ancak yalnızca gerçek akromatik parlaklığa ( Y veya eşdeğeri L *) bağlı olmaktan en çok saptığı ve kolorimetrik kromatiklikten ( x,y veya eşdeğeri, a*, b* CIELAB). HSL L ve HSV V , aksine, algısal hafiflikten önemli ölçüde ayrılır.

Tam renkli bir görüntü, dudaklarından geniş turuncu-sarı bir alev uzanan bir yangın havalandırmasının yüksek kontrastlı ve oldukça dramatik bir sahnesini göstermektedir.  Koyu ama renkli turuncu-kırmızı giysiler giyiyor.
13a. Renkli fotoğraf (sRGB renk alanı).
Fotoğrafın CIELAB hafiflik bileşenini gösteren gri tonlamalı bir görüntü, sahnenin aslına uygun bir sunumu gibi görünüyor: kabaca, çok daha parlak olan alevde net ayrıntılarla birlikte, pankromatik film üzerinde çekilmiş siyah-beyaz bir fotoğrafa benziyor. adamın kıyafetinden veya arka planından daha.
13b. CIELAB L * (tutarlı görüntü için daha fazla sRGB'ye dönüştürülmüştür).
Luma'yı gösteren gri tonlamalı bir görüntü, CIELAB hafiflik görüntüsüne kabaca benzer görünür, ancak başlangıçta çok renkli olan alanlarda biraz daha parlaktır.
13c. Kayıt 601 lüma Y' .
Fotoğrafın bileşen ortalamasını (HSI yoğunluğu) gösteren gri tonlamalı bir görüntü, özellikle orijinalinden daha koyu aleviyle, azaltılmış kontrast ile renkli fotoğrafın çok daha az inandırıcı bir kopyasıdır.
13d. Bileşen ortalaması: "yoğunluk" I .
Fotoğrafın HSV değeri bileşenini gösteren gri tonlamalı bir görüntü, alevi tamamen beyaz bırakır (fotoğrafçının tabiriyle "sönmüş") ve adamın kıyafetleri çok fazla parlaktır.
13e. HSV değeri V .
Fotoğrafın HSL hafiflik bileşenini gösteren gri tonlamalı bir görüntü, alevi yaklaşık olarak orta gri olarak verir ve kontrastını kökten azaltarak orijinalin dramatik etkisini bozar.
Şekil 13f. HSL hafifliği L .

Bu boşluklardaki boyutların hiçbiri algısal analoglarıyla eşleşmemesine rağmen , HSV'nin değeri ve HSL'nin doygunluğu özellikle suçlulardır. HSV'de, mavi birincil ve beyaz algısal olarak mavi birincil beyazın parlaklığının yaklaşık %10'una sahip olsa bile aynı değere sahip olduğu kabul edilir (tam kesir kullanımdaki belirli RGB birincillerine bağlıdır). HSL'de %100 kırmızı, %100 yeşil, %90 mavi karışımı, yani çok açık sarı- yeşil birincil ile aynı doygunluğa sahip olacak şekilde tutulur , eski rengin geleneksel psikometrik tanımlara göre neredeyse hiç kroma veya doygunluğu olmamasına rağmen. Bu tür sapkınlıklar, haritalar ve bilgi ekranları için renk şeması seçimlerinde uzman olan Cynthia Brewer'ın Amerikan İstatistik Kurumu'na şunları söylemesine neden oldu :

Bilgisayar bilimi, HSV ve HLS gibi yazılım arayüzünüzde de ortaya çıkabilecek bu algısal alanlara birkaç daha zayıf kuzen sunar. RGB'nin kolay matematiksel dönüşümleridir ve ton-hafiflik/değer-doygunluk terminolojisini kullandıkları için algısal sistemler gibi görünürler. Ama yakından bakın; aptal olma. Algısal renk boyutları, bu ve diğer bazı sistemlerde sağlanan renk belirtimleri tarafından yetersiz şekilde ölçeklendirilir. Örneğin, doygunluk ve hafiflik birbirine karıştırılır, bu nedenle bir doygunluk ölçeği ayrıca çok çeşitli açıklıklar içerebilir (örneğin, hem açıklığın hem de doygunluğun bir kombinasyonu olan beyazdan yeşile ilerleyebilir). Benzer şekilde, renk tonu ve hafiflik birbirine karıştırılır, bu nedenle örneğin doymuş bir sarı ve doymuş mavi aynı 'hafiflik' olarak adlandırılabilir, ancak algılanan hafiflikte büyük farklılıklara sahiptir. Bu kusurlar, sistemlerin bir renk şemasının görünümünü sistematik bir şekilde kontrol etmek için kullanılmasını zorlaştırır. İstenen efekti elde etmek için çok fazla ince ayar yapılması gerekiyorsa, sistem RGB veya CMY'de ham özelliklerle uğraşmaktan çok az fayda sağlar.

Bu sorunlar HSL ve HSV'yi renk veya renk şemaları seçiminde sorunlu hale getiriyorsa, görüntü ayarı için onları çok daha kötü hale getirir. HSL ve HSV, Brewer'ın belirttiği gibi, algısal renk oluşturma özelliklerini karıştırır, böylece herhangi bir boyutun değiştirilmesi, üç algısal boyutun hepsinde tek tip olmayan değişikliklerle sonuçlanır ve görüntüdeki tüm renk ilişkilerini bozar. Örneğin, saf koyu mavinin tonunu döndürmek yeşile doğru aynı zamanda algılanan kromasını azaltacak ve algılanan hafifliğini artıracaktır (ikincisi daha gri ve daha açıktır), ancak aynı ton dönüşü, daha açık mavimsi-yeşilin açıklığı ve kroması üzerinde zıt etkiye sahip olacaktır— ile (ikincisi daha renkli ve biraz daha koyu). Aşağıdaki örnekte ( şekil 21 ), soldaki (a) resim yeşil bir kaplumbağanın orijinal fotoğrafıdır . Ortadaki görüntüde (b), HSV değerini ve doygunluğu veya HSL açıklığını ve doygunluğunu sabit tutarken her rengin tonunu ( H ) -30° döndürdük . Sağdaki resimde (c), her rengin HSL/HSV tonuna aynı dönüşü yapıyoruz, ancak daha sonra CIELAB açıklığını ( L *, algılanan hafifliğin iyi bir tahmini) sabit kalmaya zorluyoruz . Böyle bir düzeltme olmadan ton kaydırmalı orta versiyonun, görüntüdeki renkler arasındaki algılanan açıklık ilişkilerini nasıl önemli ölçüde değiştirdiğine dikkat edin. Özellikle kaplumbağanın kabuğu çok daha koyu ve daha az kontrasta sahip ve arka plandaki su çok daha açık.

21a. Renkli fotoğraf.
21b. Her rengin HSL/HSV tonu -30° kaydırıldı .
21c. Ton değişti ancak CIELAB hafifliği ( L *) orijinalinde olduğu gibi kaldı.

Hue, 360°'de bir süreksizlikle sayısal olarak temsil edilen dairesel bir nicelik olduğundan, istatistiksel hesaplamalarda veya nicel karşılaştırmalarda kullanılması zordur: analiz, dairesel istatistiklerin kullanılmasını gerektirir . Ayrıca, renk tonu, hafiflik, değer ve kroma ile R , G ve B arasındaki ilişkinin söz konusu renk tonu yığınına bağlı olduğu 60° parçalar halinde parça parça tanımlanır . Bu tanım, HSL veya HSV'nin yatay dilimlerinde açıkça görülebilen süreksizlikleri, köşeleri tanıtır.

Dijital video uzmanı Charles Poynton, Renk SSS'sinde HSL ve HSV ile ilgili yukarıdaki sorunları listeliyor ve şu sonuca varıyor:

HSB ve HLS, kullanıcıların renkleri sayısal olarak belirtmek zorunda olduğu bir çağda sayısal Ton, Doygunluk ve Parlaklık (veya Ton, Açıklık ve Doygunluk) belirtmek için geliştirilmiştir. HSB ve HLS'nin olağan formülasyonları, renk görme özellikleri açısından kusurludur. Artık kullanıcılar renkleri görsel olarak seçebildiğine veya diğer ortamlarla ( PANTONE gibi ) ilgili renkleri seçebildiğine veya L*u*v* ve L*a*b* gibi algısal tabanlı sistemleri kullanabildiğine göre , HSB ve HLS terk edilmelidir.

Diğer silindirik koordinatlı renk modelleri

HSL ve HSV'nin yaratıcıları, nötrlerin merkezi bir eksende siyahtan beyaza aktığı ve renklerin bu eksen etrafındaki açılara karşılık geldiği konik veya küresel şekillere uyan renkleri ilk hayal edenlerden çok uzaktı. Benzer düzenlemeler 18. yüzyıla kadar uzanıyor ve en modern ve bilimsel modellerde geliştirilmeye devam ediyor.

Renk dönüştürme formülleri

HSL veya HSV'den RGB'ye dönüştürmek için, esasen yukarıda listelenen adımları tersine çeviriyoruz (önceki gibi, R , G , B [0, 1] ). İlk olarak, belirli bir hafiflik veya değer için doygunluğu maksimum kroma ile çarparak kromayı hesaplarız. Ardından, rengimizle aynı ton ve kromaya sahip olan (ve dolayısıyla kromatiklik düzleminde aynı noktaya yansıyan) RGB küpünün alttaki üç yüzünden birinin üzerindeki noktayı buluruz. Son olarak, uygun hafifliğe veya değere ulaşmak için eşit miktarda R , G ve B ekleriz .

RGB'ye

HSL'den RGB'ye dönüştürücü

Ton H ∈ [0°, 360°] , doygunluk S L ∈ [0, 1] ve hafiflik L ∈ [0, 1] olan bir renk verildiğinde , önce kromayı buluruz:

Ardından , RGB küpünün alt üç yüzü boyunca, rengimizle aynı ton ve kroma sahip bir nokta ( R 1 , G 1 , B 1 ) bulabiliriz (bu rengin ikinci en büyük bileşeni için X ara değerini kullanarak ) :

Yukarıdaki denklemde, gösterim geri kalanına gelir Öklid bölümü arasında 2 ile mutlaka bir tamsayı olması gerekmez.

Bir tamsayı olduğunda, "komşu" formül , uygun şekilde veya ile aynı sonucu verir .

Son olarak, hafifliği eşleştirmek için her bileşene aynı miktarı ekleyerek R , G ve B'yi bulabiliriz :

HSL'den RGB'ye alternatif

Çokgen parçalı işlevler, kalan işlemin yanı sıra minimum ve maksimum değerlerin akıllıca kullanılmasıyla biraz basitleştirilebilir.

ton , doygunluk ve hafiflik içeren bir renk verildiğinde , önce işlevi tanımlarız:

nerede ve:

Ve çıktı R,G,B değerleri ('den ) şunlardır:

Yukarıdaki alternatif formüller daha kısa uygulamalara izin verir. Yukarıdaki formüllerde işlem ayrıca modülün kesirli kısmını da döndürür, örneğin , ve .

Temel şekil şu şekilde oluşturulmuştur: -1'e eşit veya daha büyük değerlerin k=2'den başlayıp k=10'da biten ve en yüksek noktası k=6'da olan bir "üçgen"dir. Sonra 1'den büyük değerleri 1'e eşitliyoruz. Ardından -1'den küçük değerleri -1'e eşitliyoruz. Bu noktada Şekil l'deki kırmızı şekle benzer bir şey elde ederiz. 24 dikey çevirmeden sonra (maksimum 1 ve minimum -1'dir). Bu şekli kullanmanın R,G,B işlevleri şu şekilde dönüştürülmüştür: modulo-kaydırılmış (by ) (R,G,B için farklı) üzerinde ölçeklendirilmiş (by ) ve üzerinde kaydırılmış (by ).

Aşağıdaki şekil özelliklerini gözlemliyoruz (Şekil 24, onlar hakkında sezgi edinmemize yardımcı olabilir):

HSV'den RGB'ye dönüştürücü

Şekil 24. HSV için verilen RGB koordinatlarının grafiksel gösterimi. Bu denklem , işaretli dikey eksen değerlerinin orijinini gösterir.

Ton H ∈ [0°, 360°] , doygunluk S V ∈ [0, 1] ve V ∈ [0, 1] değerine sahip bir HSV rengi verildiğinde , aynı stratejiyi kullanabiliriz. İlk önce, chroma'yı buluruz:

Ardından , RGB küpünün alt üç yüzü boyunca, rengimizle aynı ton ve kroma ile ( R 1 , G 1 , B 1 ) bir noktayı ( R 1 , G 1 , B 1 ) bulabiliriz ( en büyük ikinci bileşen için X ara değerini kullanarak) . bu renk):

Daha önce olduğu gibi , bir tamsayı olduğunda , "komşu" formüller aynı sonucu verirdi.

Son olarak, değeri eşleştirmek için her bileşene aynı miktarı ekleyerek R , G ve B'yi bulabiliriz :

HSV'den RGB'ye alternatif

ton , doygunluk ve değer içeren bir renk verildiğinde , önce işlevi tanımlarız:

nerede ve:

Ve çıktı R,G,B değerleri ('den ) şunlardır:

Yukarıdaki alternatif eşdeğer formüller daha kısa uygulamaya izin verir. Yukarıdaki formüllerde, örneğin formül gibi, modülün kesirli kısmını da döndürür . değerleri . temel şekil

aşağıdaki gibi oluşturulur: negatif olmayan değerlerin k=0'dan başladığı, en yüksek noktası k=2'de ve k=4'te "bittiği" bir "üçgen"dir, o zaman birden büyük değerleri bire değiştiririz, sonra negatifi değiştiririz değerleri sıfıra – ve ( için ) Şekil 24'teki yeşil şekle benzer bir şey elde ederiz (bu maksimum değer 1 ve minimum değer 0'dır). Bu şekli kullanmanın R,G,B işlevleri şu şekilde dönüştürülmüştür: modulo-kaydırılmış (by ) (R,G,B için farklı) üzerinde ölçeklendirilmiş (by ) ve üzerinde kaydırılmış (by ). Aşağıdaki şekil özelliklerini gözlemliyoruz (Şekil 24 bu konuda sezgi edinmemize yardımcı olabilir):

HSI'den RGB'ye dönüştürücü

Ton H ∈ [0°, 360°] , doygunluk S I ∈ [0, 1] ve yoğunluk I ∈ [0, 1] olan bir HSI rengi verildiğinde , aynı stratejiyi biraz farklı bir sırayla kullanabiliriz:

Krom nerede .

Ardından , RGB küpünün alt üç yüzü boyunca, rengimizle aynı ton ve kroma ile ( R 1 , G 1 , B 1 ) bir noktayı ( R 1 , G 1 , B 1 ) bulabiliriz ( en büyük ikinci bileşen için X ara değerini kullanarak) . bu renk):

Örtüşme (ne zaman bir tamsayıdır), değeri hesaplamanın iki yolu eşdeğer olduğundan oluşur: veya uygun şekilde.

Son olarak, hafifliği eşleştirmek için her bileşene aynı miktarı ekleyerek R , G ve B'yi bulabiliriz :

RGB'ye Luma, chroma ve ton

Hue H ∈ [0°, 360°] , chroma C ∈ [0, 1] ve luma Y601 ∈ [0, 1] olan bir renk verildiğinde , yine aynı stratejiyi kullanabiliriz. H ve C zaten elimizde olduğundan, RGB küpünün alt üç yüzü boyunca noktamızı ( R 1 , G 1 , B 1 ) hemen bulabiliriz :

Örtüşme (ne zaman bir tamsayıdır), değeri hesaplamanın iki yolu eşdeğer olduğundan oluşur: veya uygun şekilde.

Ardından , luma ile eşleşmesi için her bileşene aynı miktarı ekleyerek R , G ve B'yi bulabiliriz :

ara dönüşüm

HSV'den HSL'ye dönüştürücü

Ton , doygunluk ve değere sahip bir renk verildiğinde ,

HSL'den HSV'ye dönüştürücü

Ton , doygunluk ve parlaklık ile bir renk verildiğinde ,

RGB'den

Bu, önceki dönüşümün bir tekrarıdır.

Değer aralık içinde olmalıdır .

Maksimum bileşenle (yani değer)

ve minimum bileşen

,

aralık (yani kroma)

ve orta menzil (yani hafiflik)

,

ortak bir renk elde ederiz:

ve farklı doygunluklar:

renk örnekleri

Bir araç ipucunda her renk örneğinin R , G ve B değerlerini görmek için fareyi aşağıdaki renk örneklerinin üzerine getirin .

HSL

H = 180°
(Cyan)
H = 0°
(Kırmızı)
S
L
1 34 12 14 0 14 12 34 1
1                  
78                  
34                  
58                  
12                  
38                  
14                  
18                  
0                  
H = 210°
(Mavi-Cyan)
H = 30°
(Sarı-Kırmızı)
S
L
1 34 12 14 0 14 12 34 1
1                  
78                  
34                  
58                  
12                  
38                  
14                  
18                  
0                  
H = 240°
(Mavi)
H = 60°
(Sarı)
S
L
1 34 12 14 0 14 12 34 1
1                  
78                  
34                  
58                  
12                  
38                  
14                  
18                  
0                  
H = 270°
(Macenta-Mavi)
H = 90°
(Yeşil-Sarı)
S
L
1 34 12 14 0 14 12 34 1
1                  
78                  
34                  
58                  
12                  
38                  
14                  
18                  
0                  
H = 300°
(Macenta)
H = 120°
(Yeşil)
S
L
1 34 12 14 0 14 12 34 1
1                  
78                  
34                  
58                  
12                  
38                  
14                  
18                  
0                  
H = 330°
(Kırmızı-Macenta)
H = 150°
(Cyan-Yeşil)
S
L
1 34 12 14 0 14 12 34 1
1                  
78                  
34                  
58                  
12                  
38                  
14                  
18                  
0                  


HSV

H  = 180°
(Cyan)
H  = 0°
(Kırmızı)
S
V
1 34 12 14 0 14 12 34 1
1                  
78                  
34                  
58                  
12                  
38                  
14                  
18                  
0                  
H  = 210°
(Mavi-Cyan)
H  = 30°
(Sarı-Kırmızı)
S
V
1 34 12 14 0 14 12 34 1
1                  
78                  
34                  
58                  
12                  
38                  
14                  
18                  
0                  
H  = 240°
(Mavi)
H  = 60°
(Sarı)
S
V
1 34 12 14 0 14 12 34 1
1                  
78                  
34                  
58                  
12                  
38                  
14                  
18                  
0                  
H  = 270°
(Macenta-Mavi)
H  = 90°
(Yeşil-Sarı)
S
V
1 34 12 14 0 14 12 34 1
1                  
78                  
34                  
58                  
12                  
38                  
14                  
18                  
0                  
H  = 300°
(Macenta)
H  = 120°
(Yeşil)
S
V
1 34 12 14 0 14 12 34 1
1                  
78                  
34                  
58                  
12                  
38                  
14                  
18                  
0                  
H  = 330°
(Kırmızı-Macenta)
H  = 150°
(Cyan-Yeşil)
S
V
1 34 12 14 0 14 12 34 1
1                  
78                  
34                  
58                  
12                  
38                  
14                  
18                  
0                  


Notlar

Referanslar

bibliyografya

  • Agoston, Max K. (2005). Bilgisayar Grafikleri ve Geometrik Modelleme: Uygulama ve Algoritmalar . Londra: Springer. s. 300–306. ISBN'si 978-1-85233-818-3.Agoston'ın kitabı, HSV ve HSL'nin bir tanımını ve her birine RGB'den ve tekrar geri dönüştürmek için sahte kodda algoritmalar içerir .
  • Cheng, Heng-Da; Jiang, Xihua; Güneş, Angela; Wang, Jingli (2001). "Renkli görüntü segmentasyonu: Gelişmeler ve beklentiler". Desen Tanıma . 34 (12): 2259. CiteSeerX  10.1.1.119.2886 . doi : 10.1016/S0031-3203(00)00149-7 . Bu bilgisayarlı görü literatür incelemesi, HSV ve HSI temsillerini kullananlar da dahil olmak üzere renkli görüntü segmentasyonundaki araştırmaları kısaca özetlemektedir.
  • Fairchild, Mark D. (2005). Renk Görünüm Modelleri (2. baskı). Addison-Wesley. Bu kitap özellikle HSL veya HSV'yi tartışmamaktadır, ancak mevcut renk bilimi hakkında en okunaklı ve kesin kaynaklardan biridir.
  • Foley, JD ; ve diğerleri (1995). Bilgisayar Grafikleri: İlkeler ve Uygulama (2. baskı). Redwood City, CA: Addison-Wesley. ISBN'si 978-0-201-84840-3.Standart bilgisayar grafikleri bu Tome içinde, renk modelleri arasında dönüştürmek için algoritmaların tam bir bölüm vardır, 1990'ların ders kitabı C .
  • Hanbury, Allan; Serra, Jean (Aralık 2002). Görüntü Analizi için Uygun Bir 3D-kutupsal Koordinat Renk Temsili . Örüntü Tanıma ve Görüntü İşleme Grubu Teknik Raporu 77 . Viyana, Avusturya: Viyana Teknoloji Üniversitesi.
  • Hanbury, Allan (2008). "Silindirik koordinat renk uzayları oluşturma" (PDF) . Model Tanıma Mektupları . 29 (4): 494–500. CiteSeerX  10.1.1.211.6425 . doi : 10.1016/j.patrec.2007.11.002 .
  • Joblove, George H.; Greenberg, Donald (Ağustos 1978). "Bilgisayar grafikleri için renk uzayları" (PDF) . Bilgisayar Grafikleri . 12 (3): 20–25. doi : 10.1145/965139.807362 . Joblove ve Greenberg'in makalesi, HSV ile karşılaştırdığı HSL modelini tanımlayan ilk makaleydi.
  • Kuehni, Rolf G. (2003). Renk Uzayı ve Bölümleri: Antik Çağdan Günümüze Renk Düzeni . New York: Wiley. ISBN'si 978-0-471-32670-0. Bu kitap yalnızca kısaca HSL ve HSV'den bahseder, ancak tarih boyunca renk düzeni sistemlerinin kapsamlı bir açıklamasıdır.
  • Levkowitz, Haim; Herman, Gabor T. (1993). "GLHS: Genelleştirilmiş Bir Hafiflik, Ton ve Doygunluk Renk Modeli". CVGIP: Grafik Modeller ve Görüntü İşleme . 55 (4): 271–285. doi : 10.1006/cgip.1993.1019 .Bu makale, hem HSL hem de HSV'nin yanı sıra diğer benzer modellerin nasıl daha genel bir "GLHS" modelinin spesifik varyantları olarak düşünülebileceğini açıklamaktadır. Levkowitz ve Herman, RGB'den GLHS'ye ve geriye çevirmek için sözde kod sağlar.
  • MacEvoy, Bruce (Ocak 2010). "Renkli Görüş" . el izi.com .. Özellikle "Modern Renk Modelleri" ve "Modern Renk Teorisi" ile ilgili bölümler . MacEvoy'un renk bilimi ve boya karıştırma hakkındaki kapsamlı sitesi, web'deki en iyi kaynaklardan biridir. Bu sayfada, renk oluşturma özelliklerini, HSL ve HSV dahil olmak üzere renk düzeni sistemlerinin genel hedeflerini ve tarihçesini ve bunların ressamlarla olan pratik ilişkisini açıklıyor.
  • Poynton, Charles (1997). "Renk Hakkında Sıkça Sorulan Sorular" . poynton.com . Dijital video uzmanı Charles Poynton tarafından yayınlanan bu sık sorulan sorular sayfası, diğer şeylerin yanı sıra, kendi görüşüne göre bu modellerin neden "doğru rengin belirtilmesi için yararsız olduğunu" ve psikometrik olarak daha alakalı modeller lehine terk edilmesi gerektiğini açıklıyor. .
  • Poynton, Charles (2008). " YUV ve parlaklık zararlı kabul edilir" . poynton.com . 30 Ağustos 2017'de alındı .
  • Smith, Alvy Ray (Ağustos 1978). "Renk gamı ​​dönüşüm çiftleri". Bilgisayar Grafikleri . 12 (3): 12-19. doi : 10.1145/965139.807361 .Bu, "hexcone" modelini, HSV'yi açıklayan orijinal makaledir. Smith, NYIT'in Bilgisayar Grafikleri Laboratuvarında araştırmacıydı . HSV'nin erken bir dijital boyama programında kullanımını anlatıyor .

Dış bağlantılar