[c++] 둘 다에 대해 0-255 범위에서 RGB를 HSV로, HSV를 RGB로 변환하는 알고리즘

C++ / 글쓴이

RGB에서 HSV로, 특히 두 색상 공간 모두에 대해 0에서 255까지의 색상 공간 변환기를 찾고 있습니다.

답변

나는 이것들을 오랫동안 사용했다-그들이 어디에서 왔는지 모르겠다 … 각도 단위를 제외한 입력과 출력은 0에서 1.0 사이의 범위에 있음을 주목하라.

참고 :이 코드는 입력에 대한 실제 온 전성 검사를 수행하지 않습니다. 조심해서 진행해라!

typedef struct {
    double r;       // a fraction between 0 and 1
    double g;       // a fraction between 0 and 1
    double b;       // a fraction between 0 and 1
} rgb;

typedef struct {
    double h;       // angle in degrees
    double s;       // a fraction between 0 and 1
    double v;       // a fraction between 0 and 1
} hsv;

static hsv   rgb2hsv(rgb in);
static rgb   hsv2rgb(hsv in);

hsv rgb2hsv(rgb in)
{
    hsv         out;
    double      min, max, delta;

    min = in.r < in.g ? in.r : in.g;
    min = min  < in.b ? min  : in.b;

    max = in.r > in.g ? in.r : in.g;
    max = max  > in.b ? max  : in.b;

    out.v = max;                                // v
    delta = max - min;
    if (delta < 0.00001)
    {
        out.s = 0;
        out.h = 0; // undefined, maybe nan?
        return out;
    }
    if( max > 0.0 ) { // NOTE: if Max is == 0, this divide would cause a crash
        out.s = (delta / max);                  // s
    } else {
        // if max is 0, then r = g = b = 0              
        // s = 0, h is undefined
        out.s = 0.0;
        out.h = NAN;                            // its now undefined
        return out;
    }
    if( in.r >= max )                           // > is bogus, just keeps compilor happy
        out.h = ( in.g - in.b ) / delta;        // between yellow & magenta
    else
    if( in.g >= max )
        out.h = 2.0 + ( in.b - in.r ) / delta;  // between cyan & yellow
    else
        out.h = 4.0 + ( in.r - in.g ) / delta;  // between magenta & cyan

    out.h *= 60.0;                              // degrees

    if( out.h < 0.0 )
        out.h += 360.0;

    return out;
}


rgb hsv2rgb(hsv in)
{
    double      hh, p, q, t, ff;
    long        i;
    rgb         out;

    if(in.s <= 0.0) {       // < is bogus, just shuts up warnings
        out.r = in.v;
        out.g = in.v;
        out.b = in.v;
        return out;
    }
    hh = in.h;
    if(hh >= 360.0) hh = 0.0;
    hh /= 60.0;
    i = (long)hh;
    ff = hh - i;
    p = in.v * (1.0 - in.s);
    q = in.v * (1.0 - (in.s * ff));
    t = in.v * (1.0 - (in.s * (1.0 - ff)));

    switch(i) {
    case 0:
        out.r = in.v;
        out.g = t;
        out.b = p;
        break;
    case 1:
        out.r = q;
        out.g = in.v;
        out.b = p;
        break;
    case 2:
        out.r = p;
        out.g = in.v;
        out.b = t;
        break;

    case 3:
        out.r = p;
        out.g = q;
        out.b = in.v;
        break;
    case 4:
        out.r = t;
        out.g = p;
        out.b = in.v;
        break;
    case 5:
    default:
        out.r = in.v;
        out.g = p;
        out.b = q;
        break;
    }
    return out;
}

답변

float없이이 코드를 시도 할 수도 있습니다 (빠르지 만 덜 정확합니다).

typedef struct RgbColor
{
    unsigned char r;
    unsigned char g;
    unsigned char b;
} RgbColor;

typedef struct HsvColor
{
    unsigned char h;
    unsigned char s;
    unsigned char v;
} HsvColor;

RgbColor HsvToRgb(HsvColor hsv)
{
    RgbColor rgb;
    unsigned char region, remainder, p, q, t;

    if (hsv.s == 0)
    {
        rgb.r = hsv.v;
        rgb.g = hsv.v;
        rgb.b = hsv.v;
        return rgb;
    }

    region = hsv.h / 43;
    remainder = (hsv.h - (region * 43)) * 6;

    p = (hsv.v * (255 - hsv.s)) >> 8;
    q = (hsv.v * (255 - ((hsv.s * remainder) >> 8))) >> 8;
    t = (hsv.v * (255 - ((hsv.s * (255 - remainder)) >> 8))) >> 8;

    switch (region)
    {
        case 0:
            rgb.r = hsv.v; rgb.g = t; rgb.b = p;
            break;
        case 1:
            rgb.r = q; rgb.g = hsv.v; rgb.b = p;
            break;
        case 2:
            rgb.r = p; rgb.g = hsv.v; rgb.b = t;
            break;
        case 3:
            rgb.r = p; rgb.g = q; rgb.b = hsv.v;
            break;
        case 4:
            rgb.r = t; rgb.g = p; rgb.b = hsv.v;
            break;
        default:
            rgb.r = hsv.v; rgb.g = p; rgb.b = q;
            break;
    }

    return rgb;
}

HsvColor RgbToHsv(RgbColor rgb)
{
    HsvColor hsv;
    unsigned char rgbMin, rgbMax;

    rgbMin = rgb.r < rgb.g ? (rgb.r < rgb.b ? rgb.r : rgb.b) : (rgb.g < rgb.b ? rgb.g : rgb.b);
    rgbMax = rgb.r > rgb.g ? (rgb.r > rgb.b ? rgb.r : rgb.b) : (rgb.g > rgb.b ? rgb.g : rgb.b);

    hsv.v = rgbMax;
    if (hsv.v == 0)
    {
        hsv.h = 0;
        hsv.s = 0;
        return hsv;
    }

    hsv.s = 255 * long(rgbMax - rgbMin) / hsv.v;
    if (hsv.s == 0)
    {
        hsv.h = 0;
        return hsv;
    }

    if (rgbMax == rgb.r)
        hsv.h = 0 + 43 * (rgb.g - rgb.b) / (rgbMax - rgbMin);
    else if (rgbMax == rgb.g)
        hsv.h = 85 + 43 * (rgb.b - rgb.r) / (rgbMax - rgbMin);
    else
        hsv.h = 171 + 43 * (rgb.r - rgb.g) / (rgbMax - rgbMin);

    return hsv;
}

이 알고리즘은 이 질문의 작성자가 요청한 0-255범위 (아님 0-360)를 사용합니다.

답변

렌더링 엔진을 위해 HLSL로 작성했는데 조건이 없습니다.

    float3  HSV2RGB( float3 _HSV )
    {
        _HSV.x = fmod( 100.0 + _HSV.x, 1.0 );                                       // Ensure [0,1[

        float   HueSlice = 6.0 * _HSV.x;                                            // In [0,6[
        float   HueSliceInteger = floor( HueSlice );
        float   HueSliceInterpolant = HueSlice - HueSliceInteger;                   // In [0,1[ for each hue slice

        float3  TempRGB = float3(   _HSV.z * (1.0 - _HSV.y),
                                    _HSV.z * (1.0 - _HSV.y * HueSliceInterpolant),
                                    _HSV.z * (1.0 - _HSV.y * (1.0 - HueSliceInterpolant)) );

        // The idea here to avoid conditions is to notice that the conversion code can be rewritten:
        //    if      ( var_i == 0 ) { R = V         ; G = TempRGB.z ; B = TempRGB.x }
        //    else if ( var_i == 2 ) { R = TempRGB.x ; G = V         ; B = TempRGB.z }
        //    else if ( var_i == 4 ) { R = TempRGB.z ; G = TempRGB.x ; B = V     }
        //
        //    else if ( var_i == 1 ) { R = TempRGB.y ; G = V         ; B = TempRGB.x }
        //    else if ( var_i == 3 ) { R = TempRGB.x ; G = TempRGB.y ; B = V     }
        //    else if ( var_i == 5 ) { R = V         ; G = TempRGB.x ; B = TempRGB.y }
        //
        // This shows several things:
        //  . A separation between even and odd slices
        //  . If slices (0,2,4) and (1,3,5) can be rewritten as basically being slices (0,1,2) then
        //      the operation simply amounts to performing a "rotate right" on the RGB components
        //  . The base value to rotate is either (V, B, R) for even slices or (G, V, R) for odd slices
        //
        float   IsOddSlice = fmod( HueSliceInteger, 2.0 );                          // 0 if even (slices 0, 2, 4), 1 if odd (slices 1, 3, 5)
        float   ThreeSliceSelector = 0.5 * (HueSliceInteger - IsOddSlice);          // (0, 1, 2) corresponding to slices (0, 2, 4) and (1, 3, 5)

        float3  ScrollingRGBForEvenSlices = float3( _HSV.z, TempRGB.zx );           // (V, Temp Blue, Temp Red) for even slices (0, 2, 4)
        float3  ScrollingRGBForOddSlices = float3( TempRGB.y, _HSV.z, TempRGB.x );  // (Temp Green, V, Temp Red) for odd slices (1, 3, 5)
        float3  ScrollingRGB = lerp( ScrollingRGBForEvenSlices, ScrollingRGBForOddSlices, IsOddSlice );

        float   IsNotFirstSlice = saturate( ThreeSliceSelector );                   // 1 if NOT the first slice (true for slices 1 and 2)
        float   IsNotSecondSlice = saturate( ThreeSliceSelector-1.0 );              // 1 if NOT the first or second slice (true only for slice 2)

        return  lerp( ScrollingRGB.xyz, lerp( ScrollingRGB.zxy, ScrollingRGB.yzx, IsNotSecondSlice ), IsNotFirstSlice );    // Make the RGB rotate right depending on final slice index
    }

답변

다음은 Agoston의 컴퓨터 그래픽 및 기하학적 모델링을 기반으로 한 C 구현 입니다. 구현 및 알고리즘 p. 304, H ∈ [0, 360] 및 S , V ∈ [0, 1].

#include <math.h>

typedef struct {
    double r;       // ∈ [0, 1]
    double g;       // ∈ [0, 1]
    double b;       // ∈ [0, 1]
} rgb;

typedef struct {
    double h;       // ∈ [0, 360]
    double s;       // ∈ [0, 1]
    double v;       // ∈ [0, 1]
} hsv;

rgb hsv2rgb(hsv HSV)
{
    rgb RGB;
    double H = HSV.h, S = HSV.s, V = HSV.v,
            P, Q, T,
            fract;

    (H == 360.)?(H = 0.):(H /= 60.);
    fract = H - floor(H);

    P = V*(1. - S);
    Q = V*(1. - S*fract);
    T = V*(1. - S*(1. - fract));

    if      (0. <= H && H < 1.)
        RGB = (rgb){.r = V, .g = T, .b = P};
    else if (1. <= H && H < 2.)
        RGB = (rgb){.r = Q, .g = V, .b = P};
    else if (2. <= H && H < 3.)
        RGB = (rgb){.r = P, .g = V, .b = T};
    else if (3. <= H && H < 4.)
        RGB = (rgb){.r = P, .g = Q, .b = V};
    else if (4. <= H && H < 5.)
        RGB = (rgb){.r = T, .g = P, .b = V};
    else if (5. <= H && H < 6.)
        RGB = (rgb){.r = V, .g = P, .b = Q};
    else
        RGB = (rgb){.r = 0., .g = 0., .b = 0.};

    return RGB;
}

답변

여기에 있어야합니다. 어쨌든 작동합니다. 그리고 위의 것들에 비해 좋아 보입니다.

hlsl 코드

        float3 Hue(float H)
        {
            half R = abs(H * 6 - 3) - 1;
            half G = 2 - abs(H * 6 - 2);
            half B = 2 - abs(H * 6 - 4);
            return saturate(half3(R,G,B));
        }

        half4 HSVtoRGB(in half3 HSV)
        {
            return half4(((Hue(HSV.x) - 1) * HSV.y + 1) * HSV.z,1);
        }

float3은 16 비트 정밀도 vector3 데이터 유형입니다. 즉, float3 hue ()는 데이터 유형 (x, y, z)을 반환합니다. g, b, a) 4 개의 값.

답변

@fins의 대답에는 채도를 낮추면 Arduio에서 오버플로 문제가 있습니다. 이를 방지하기 위해 int로 변환 된 일부 값이 있습니다.

typedef struct RgbColor
{
    unsigned char r;
    unsigned char g;
    unsigned char b;
} RgbColor;

typedef struct HsvColor
{
    unsigned char h;
    unsigned char s;
    unsigned char v;
} HsvColor;

RgbColor HsvToRgb(HsvColor hsv)
{
    RgbColor rgb;
    unsigned char region, p, q, t;
    unsigned int h, s, v, remainder;

    if (hsv.s == 0)
    {
        rgb.r = hsv.v;
        rgb.g = hsv.v;
        rgb.b = hsv.v;
        return rgb;
    }

    // converting to 16 bit to prevent overflow
    h = hsv.h;
    s = hsv.s;
    v = hsv.v;

    region = h / 43;
    remainder = (h - (region * 43)) * 6;

    p = (v * (255 - s)) >> 8;
    q = (v * (255 - ((s * remainder) >> 8))) >> 8;
    t = (v * (255 - ((s * (255 - remainder)) >> 8))) >> 8;

    switch (region)
    {
        case 0:
            rgb.r = v;
            rgb.g = t;
            rgb.b = p;
            break;
        case 1:
            rgb.r = q;
            rgb.g = v;
            rgb.b = p;
            break;
        case 2:
            rgb.r = p;
            rgb.g = v;
            rgb.b = t;
            break;
        case 3:
            rgb.r = p;
            rgb.g = q;
            rgb.b = v;
            break;
        case 4:
            rgb.r = t;
            rgb.g = p;
            rgb.b = v;
            break;
        default:
            rgb.r = v;
            rgb.g = p;
            rgb.b = q;
            break;
    }

    return rgb;
}

HsvColor RgbToHsv(RgbColor rgb)
{
    HsvColor hsv;
    unsigned char rgbMin, rgbMax;

    rgbMin = rgb.r < rgb.g ? (rgb.r < rgb.b ? rgb.r : rgb.b) : (rgb.g < rgb.b ? rgb.g : rgb.b);
    rgbMax = rgb.r > rgb.g ? (rgb.r > rgb.b ? rgb.r : rgb.b) : (rgb.g > rgb.b ? rgb.g : rgb.b);

    hsv.v = rgbMax;
    if (hsv.v == 0)
    {
        hsv.h = 0;
        hsv.s = 0;
        return hsv;
    }

    hsv.s = 255 * ((long)(rgbMax - rgbMin)) / hsv.v;
    if (hsv.s == 0)
    {
        hsv.h = 0;
        return hsv;
    }

    if (rgbMax == rgb.r)
        hsv.h = 0 + 43 * (rgb.g - rgb.b) / (rgbMax - rgbMin);
    else if (rgbMax == rgb.g)
        hsv.h = 85 + 43 * (rgb.b - rgb.r) / (rgbMax - rgbMin);
    else
        hsv.h = 171 + 43 * (rgb.r - rgb.g) / (rgbMax - rgbMin);

    return hsv;
}

답변

이것은 C가 아니지만 확실히 작동합니다. 여기에서 내가 보는 다른 모든 방법은 모든 것을 육각형의 일부로 묶고 그로부터 “각도”를 근사화하는 방식으로 작동합니다. 대신 코사인을 사용하여 다른 방정식으로 시작하고 hs와 v를 풀면 hsv와 rgb 사이에 훨씬 더 좋은 관계를 얻을 수 있고 트위닝이 더 부드러워집니다 (훨씬 느리지 만).

모든 것이 부동 소수점이라고 가정합니다. rg와 b가 0에서 1로 이동하면 h는 0에서 2pi로, v는 0에서 4/3으로, s는 0에서 2/3으로 이동합니다.

다음 코드는 Lua로 작성되었습니다. 다른 것으로 쉽게 번역 할 수 있습니다.

local hsv do
    hsv         ={}
    local atan2 =math.atan2
    local cos   =math.cos
    local sin   =math.sin

    function hsv.fromrgb(r,b,g)
        local c=r+g+b
        if c<1e-4 then
            return 0,2/3,0
        else
            local p=2*(b*b+g*g+r*r-g*r-b*g-b*r)^0.5
            local h=atan2(b-g,(2*r-b-g)/3^0.5)
            local s=p/(c+p)
            local v=(c+p)/3
            return h,s,v
        end
    end

    function hsv.torgb(h,s,v)
        local r=v*(1+s*(cos(h)-1))
        local g=v*(1+s*(cos(h-2.09439)-1))
        local b=v*(1+s*(cos(h+2.09439)-1))
        return r,g,b
    end

    function hsv.tween(h0,s0,v0,h1,s1,v1,t)
        local dh=(h1-h0+3.14159)%6.28318-3.14159
        local h=h0+t*dh
        local s=s0+t*(s1-s0)
        local v=v0+t*(v1-v0)
        return h,s,v
    end
end