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

Fotografie stodoly z Teton Range
(HSL a HSV)

Na obrázku s HSV (vpravo) je stín na levé straně střechy stodoly výrazně ostřejší než bělost sněhu. Tyto téměř neutrální barvy mají nízkou sytost. Zelená tráva má vysoký jas, zatímco modrá hora má stálý odstín, ale proměnlivý jas a sytost a obloha má stálý odstín a jas, ale proměnlivou sytost.

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:

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

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

$s={\begin{cases}0,&{\mbox{jestlize }}l=0{\mbox{ nebo }}max=min\\{\frac {max-min}{max+min}}={\frac {max-min}{2l}},&{\mbox{jestlize }}0<l\leq {\frac {1}{2}}\\{\frac {max-min}{2-(max+min)}}={\frac {max-min}{2-2l}},&{\mbox{jestlize }}l>{\frac {1}{2}}\end{cases}}$

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:

$s={\begin{cases}0,&{\mbox{if }}max=0\\{\frac {max-min}{max}}=1-{\frac {min}{max}},&{\mbox{jinak}}\end{cases}}$

$v=max\,$

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:

$q={\begin{cases}l\times (1+s),&{\mbox{if }}l<{\frac {1}{2}}\\l+s-(l\times s),&{\mbox{if }}l\geq {\frac {1}{2}}\end{cases}}$

$p=2\times l-q\,$

$h_{k}={h \over 360}\,$ (h normalizováno v rozmezí [0,1))

$t_{R}=h_{k}+{\frac {1}{3}}\,$

$t_{G}=h_{k}\,$

$t_{B}=h_{k}-{\frac {1}{3}}\,$

${\mbox{if }}t_{C}<0\rightarrow t_{C}=t_{C}+1.0\quad {\mbox{pro kazde}}\,C\in \{R,G,B\}$

${\mbox{if }}t_{C}>1\rightarrow t_{C}=t_{C}-1.0\quad {\mbox{pro kazde}}\,C\in \{R,G,B\}$

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

${Barva}_{C}={\begin{cases}p+\left((q-p)\times 6\times t_{C}\right),&{\mbox{if }}t_{C}<{\frac {1}{6}}\\q,&{\mbox{if }}{\frac {1}{6}}\leq t_{C}<{\frac {1}{2}}\\p+\left((q-p)\times 6\times ({\frac {2}{3}}-t_{C})\right),&{\mbox{if }}{\frac {1}{2}}\leq t_{C}<{\frac {2}{3}}\\p,&{\mbox{jinak }}\end{cases}}$

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

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:

$h_{i}=\left\lfloor {\frac {h}{60}}\right\rfloor \mod 6$

$f={\frac {h}{60}}-h_{i}$

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

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

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

Pro každý barevný vektor (r, g, b):

$(r,g,b)={\begin{cases}(v,t,p),&{\mbox{if }}h_{i}=0\\(q,v,p),&{\mbox{if }}h_{i}=1\\(p,v,t),&{\mbox{if }}h_{i}=2\\(p,q,v),&{\mbox{if }}h_{i}=3\\(t,p,v),&{\mbox{if }}h_{i}=4\\(v,p,q),&{\mbox{if }}h_{i}=5\\\end{cases}}$

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

• Obrázky, zvuky či videa k tématu HSL, HSV (HSB) na Wikimedia Commons