HSV

Grafické zobrazení HSV

HSV (Hue, Saturation, Value), také známý jako HSB (Hue, Saturation, Brightness), je barevný model, který vytvořil v roce 1978 Alvy Ray Smith. Tento barevný model nejvíce odpovídá lidskému vnímání barev. Skládá se ze tří složek (nejsou to základní barvy), u nichž je nutno hlídat hodnoty (možné nesmyslné kombinace):

• Hue – odstín. Převládající barva odražená nebo procházející objektem. Měří se jako poloha na standardním barevném kole (0° až 360°). Obecně se odstín označuje názvem barvy.
• Saturation – sytost barvy, příměs jiné barvy. Někdy též chroma, síla nebo čistota barvy, představuje množství šedi v poměru k odstínu, měří se v procentech od 0 % (šedá) do 100 % (plně sytá barva). Na barevném kole vzrůstá sytost od středu k okrajům. Např. červená s 50 % sytostí bude růžová.
• Value – hodnota jasu, množství bílého světla. Relativní světlost nebo tmavost barvy. Jas vyjadřuje kolik světla barva odráží, dalo by se také říct přidávání černé do základní barvy.

HSL a HSV

HSL mapované do koule
(s vyříznutým rohem)

HSL a HSV (také nazývané HSB) jsou dvě příbuzné reprezentace bodů v barevném prostoru RGB, které se pokouší popisovat vnímání barevných vztahů přesněji než RGB, ale přesto zůstávají výpočtově jednoduché. HSL stojí na odstínu, sytosti a světlosti, zatímco HSV stojí na odstínu, sytosti a hodnotě.

HSL i HSV popisují barvy jako body ve válci, jehož centrální osa sahá od černé až dolů k bílé a nahoru k neutrální barvě mezi nimi, kde úhel kolem osy odpovídá „odstínu“, vzdálenost od osy odpovídá „saturaci“, a vzdálenost podél osy odpovídá „světlosti“, „hodnotě“ nebo „jasu“.

Tyto dvě reprezentace jsou podobné v účelu, ale liší se poněkud v přístupu. Oba jsou matematicky válcovité, ale zatímco HSV (odstín, saturace, hodnota) mohou být myšleny jako převrácený kužel barev (s černým bodem dole, a plně syté barvy kolem kruhu nahoře), HSL reprezentuje dvojitý kužel nebo koule (s bílou nahoře, černou dole, a syté barvy kolem okraje vodorovného typického vzorku s šedým středem). Odstín je u obou reprezentací stejný, zato sytost se výrazně liší.

Srovnání

HSL a HSV jsou si podobné. Výhodou HSL je to, že pojímá sytost a světlost jako dvě nezávislé veličiny, což je pro někoho intuitivnější. Na druhou stranu v HSL mohou mít téměř bílé barvy 100% sytost, což naopak příliš intuitivní není. Zda je pro uživatelská rozhraní vhodnější HSL či HSV je proto sporné.

Výhody HSL jsou v symetrii světlosti a tmy, to znamená:

• Sytost jde vždy od plně syté barvy k ekvivalentu šedé (v HSV, to jde od plně syté barvy k bílé).
• Světlost má vždy rozsah od černé přes zvolený odstín až k bílé (v HSV, jde poloviční cestou, od černé k volenému odstínu).

V softwaru je odstínem založený barevný model (HSV nebo HSL) obvykle představován uživateli ve formě lineárního nebo kruhového odstínového výběru a dvojrozměrné oblasti (obvykle čtverec nebo trojúhelník) kde si můžete vybrat saturaci a hodnotu světlosti pro vybraný odstín. S touto reprezentací je rozdíl mezi HSV a HSL vedlejší. Nicméně mnoho programů vás nechá si vybrat barvu přes lineární posouvátka nebo numerický vstup a pro ty je obvykle používán jeden z HSL nebo HSV (ne oba) modelů. HSV je tradičně více používán.

Využití

• Aplikace využívající HSV:
  • Desktop environment styles (KDE Plasma , Xfce, Gnome)
  • Některé neuronové sítě na zpracování obrázků (někdy také využívají YUV)
  • GIMP
  • Inkscape
  • Xara Xtreme
  • Paint.NET
  • Adobe grafické aplikace (Illustrator, Photoshop, a další)

• Aplikace využívající HSL:
  • CSS3 specifikace
  • Inkscape (začínaje verzí 0.42)
  • Macromedia Studio
  • Microsoft Windows (spojené Microsoft Malování)
  • Paint Shop Pro
  • ImageMagick

• Aplikace využívající HSV i HSL:
  • Pixel image editor (začínaje verzí Beta5)
  • Pixia
  • Bryce
  • GIMP (HSV pro výběry barev, HSL pro úpravu fotografií)
  • 3D Sweet Home

Vizualizace

HSV kruh umožňuje rychle vybrat množství barev.

Model HSV je obvykle používán v grafických aplikacích, pro nastavení barvy. K tomu se používá HSV kruh. Je reprezentován vnější kruhovou oblastí a vnitřní trojúhelníkovou oblastí. Typicky svislá osa ukazuje nasycení, zatímco vodorovná osa hodnotu. Barva může být vybrána výběrem odstínu z kruhové oblasti a poté výběrem nasycení a hodnoty z trojúhelníkové oblasti.

Kuželová (konická) reprezentace HSV modelu je vhodná k zobrazení celého HSV barevného prostor
v jediném objektu.

Další způsob vizualizace HSV modelu je kužel. Zde je odstín zobrazen jako úhel od svislé osy. Sytost je reprezentována vzdáleností od svislé osy a hodnota je vzdálenost od špičatého konce kužele. Některé reprezentace používají šestiúhelníkový jehlan, místo kruhového kužele. Tato metoda je vhodná k zobrazení celého HSV barevného prostoru v jediném objektu, ale kvůli trojrozměrnému prostředí, není vhodná k výběru barvy ve dvojrozměrných počítačových rozhraních.

Význam

Umělci preferují barevné modely HSV a HSL před modely jako je RGB nebo CMYK, protože HSV a HSL více odpovídají lidskému vnímání barev a oddělují samostatně odstín.

Srovnání s jinými barevnými modely

HSV prostor (tristimulus) technicky nepodporuje osobní mapování k fyzickému zobrazovacímu zařízení (jen elektrickému spektru měřeném v radiometrii). Není obecně moudré pokoušet se dělat přímá srovnání mezi HSV osami a fyzikálními vlastnostmi jako je vlnová délka nebo amplituda.

Formální specifikace

Šablona:Více obrázků HSL a HSV jsou definovány matematicky transformováním souřadnic R, G, a B z barevného prostoru RGB.

Převod z RGB do HSL nebo HSV

ilustrace vztahu mezi „odstínem“ barev s maximální saturací v HSV a HSL s jejich odpovídáním RGB.

Složky r, g, b jsou červená, zelená a modrá složka barvy, jejichž hodnoty jsou reálná čísla mezi 0 a 1. Maximální hodnota se rovná největší z nich a minimální hodnota té nejmenší. Následně se spočítají hodnoty (h, s, l) v HSL prostoru, kde h ∈ [0, 360) je úhel odstínu ve stupních, a s, l ∈ [0,1] jsou sytost a světlost. Vypočítáme:

$h=\{\begin{array}{cc}\text{nedefinovan},& \text{jestlize }max=min\\ 60^{\circ }\times \frac{g-b}{max-min}+0^{\circ },& \text{jestlize }max=r\text{ a }g\ge b\\ 60^{\circ }\times \frac{g-b}{max-min}+360^{\circ },& \text{jestlize }max=r\text{ a }g<b\\ 60^{\circ }\times \frac{b-r}{max-min}+120^{\circ },& \text{jestlize }max=g\\ 60^{\circ }\times \frac{r-g}{max-min}+240^{\circ },& \text{jestlize }max=b\end{array}$

$l=\begin{array}{c}\frac{1}{2}\end{array}(max+min)$

$s=\{\begin{array}{cc}0,& \text{jestlize }l=0\text{ nebo }max=min\\ \frac{max-min}{max+min}=\frac{max-min}{2l},& \text{jestlize }0<l\le \frac{1}{2}\\ \frac{max-min}{2-(max+min)}=\frac{max-min}{2-2l},& \text{jestlize }l>\frac{1}{2}\end{array}$

Hodnota h je normalizována na interval 0 až 360°. Hodnota h = 0 je používána, když se maximální hodnota rovná minimální místo toho, aby se h stalo nedefinované. HSV má stejnou definici odstínu, ale ostatní součásti se liší. Hodnoty pro s a v pro HSV jsou barvy definovány takto:

$s=\{\begin{array}{cc}0,& \text{if }max=0\\ \frac{max-min}{max}=1-\frac{min}{max},& \text{jinak}\end{array}$

$v=max$

Převod z HSL do RGB

Daná barva vymezila hodnoty (h, s, l) v prostoru HSL, s h v dosahu [0, 360), ukazatel úhlu, v mírách odstínu, a s s a l v dosahu [0, 1], reprezentovat saturaci a světlost, příslušně odpovídající trojice (r, g, b) v prostoru RGB, s r, g, a b také v dosahu [0, 1], a odpovídající červené, zelené a modré příslušně, můžeme počítat takto:

Nejprve, jestliže s = 0, pak je výsledná barva bezbarvá nebo šedá. V tomto zvláštním případě se všechny složky r, g, a b rovnají l. Všimněte si, že tato hodnota je v této situaci nedefinovaná.

Když s ≠ 0, k postupu může být použito toto:

$q=\{\begin{array}{cc}l\times (1+s),& \text{if }l<\frac{1}{2}\\ l+s-(l\times s),& \text{if }l\ge \frac{1}{2}\end{array}$

$p=2\times l-q$

$h_k=\frac{h}{360}$ (h normalizováno v rozmezí [0,1))

$t_R=h_k+\frac{1}{3}$

$t_G=h_k$

$t_B=h_k-\frac{1}{3}$

$\text{if }{t}_C<0\to t_C=t_C+1.0\text{pro kazde}C\in \{R,G,B\}$

$\text{if }{t}_C>1\to t_C=t_C-1.0\text{pro kazde}C\in \{R,G,B\}$

Pro každý barevný vektor - barva = (barva_R, barva_G, barva_B) = (r, g, b),

${Barva}_C=\{\begin{array}{cc}p+((q-p)\times 6\times t_C),& \text{if }{t}_C<\frac{1}{6}\\ q,& \text{if }\frac{1}{6}\le t_C<\frac{1}{2}\\ p+((q-p)\times 6\times (\frac{2}{3}-t_C)),& \text{if }\frac{1}{2}\le t_C<\frac{2}{3}\\ p,& \text{jinak }\end{array}$

$\text{pro kazdou}barvu\in \{R,G,B\}$

Převod z HSV do RGB

Podobně, daná barva vymezila hodnoty (h, s, v) v prostoru HSV, s h jak je uvedeno výše, a s s a v v rozmezí mezi 0 a 1, reprezentují saturaci a hodnotu. Odpovídající složky (r, g, b) v RGB prostoru mohou být počítány takto:

$h_i=\lfloor \frac{h}{60}\rfloor mod6$

$f=\frac{h}{60}-h_i$

$p=v\times (1-s)$

$q=v\times (1-f\times s)$

$t=v\times (1-(1-f)\times s)$

Pro každý barevný vektor (r, g, b):

$(r,g,b)=\{\begin{array}{cc}(v,t,p),& \text{if }{h}_i=0\\ (q,v,p),& \text{if }{h}_i=1\\ (p,v,t),& \text{if }{h}_i=2\\ (p,q,v),& \text{if }{h}_i=3\\ (t,p,v),& \text{if }{h}_i=4\\ (v,p,q),& \text{if }{h}_i=5\end{array}$

Terminologie

• Světlost – znamená na vnímanou odraznost povrchu.
• Jas – se používá ve významu poměrný jas, který je založený na fotometrické definici jasu, ale je normalizován s ohledem na odkaz bílé.
• Světelnost – nesprávně se používá jako poměrný jas.

Příklad

RGB hodnoty jsou v rozsahu od 0.0 do 1.0.

RGB	HSL	HSV	Výsledek
(1, 0, 0)	(0°, 1, 0.5)	(0°, 1, 1)
(0.5, 1, 0.5)	(120°, 1, 0.75)	(120°, 0.5, 1)
(0, 0, 0.5)	(240°, 1, 0.25)	(240°, 1, 0.5)

Externí odkazy

• Šablona:Commonscat