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1、第21卷第3期纺织高校基础科学学报Vol.21,No.32008年9月BASICSCIENCESJOURNALOFTEXTILEUNIVERSITIESSept.,2008文章编号:1006-8341(2008)03-0351-06从RGB到HSV色彩空间转换公式的修正石美红,申亮,龙世忠,胡西民(西安工程大学计算机科学学院,陕西西安710048)摘要:针对从RGB色彩空间到HSV色彩空间的转换方式为非线性变换,会产生奇异点和不稳定点的问题,对转换公式作了修正.原公式在饱和度为零时色度未定义,在低饱和度时色度不稳定,这些情况
2、下色度为黑色、灰色或者白色,将色度分量的低值区域和高值区域分别用来表示黑白色或者偏黑和偏白的低饱和度色.不但能够消除色度奇异点和不稳定点,而且可以用单纯H分量来表述色彩图像的主色调信息,简化了图像计算的复杂度.通过分析和实验验证,方法是有效的.关键词:RGB;HSV;色彩空间;奇异点;不稳定点中图分类号:TP391.41文献标识码:A0引言随着计算机技术、图像处理技术的发展和普及,彩色数字图像应用已成为纺织图案设计的重要手段之一.如织物花型的设计、印染图案的设计等.由于生产工艺装造的限制,织物、印染的花型图案的颜色数或套色数
3、是有严格限制的.一般不超过几十种主要色调.在保证用户对花型图案颜色数要求的前提下,尽可能地保持原图的轮廓及层次一直是纺织图像应用研究中的一项关键技术.[1-2]目前,彩色数字图像可有多种色彩空间模型来表达.但在计算机图像处理中,常采用RGB模型和HSV模型.RGB模型是基于人类视觉的三原色)))红(R)、绿(G)、蓝(B)理论建立的色彩空间,即认为用红(R)、绿(G)、蓝(B)3种色光作适当混合,可以引起电磁光谱上所有任何颜色的感知.由于这三色分量高度相关,且是一种不均匀的颜色空间,即两种颜色之间的知觉差异(色差)不能表示为
4、该颜色空间中两点间的距离,所以,它主要是作为一种面向硬件设备(如彩色监视器、彩色摄像机等)的色彩空间模型.HSV模型是基于人的视觉感知特性建立的色彩空间,其中色度(H)表示不同的颜色,如红绿蓝;饱和度(S)表示颜色的深浅,如深绿浅绿;亮度(V)表示颜色的明暗程度,如很亮(亮白)很暗(黑暗).它具有两个重要的特点:其一,亮度分量(V)与图像的彩色信息无关;其二,色度分量(H)、饱和度分量(S)与人感受颜色的方式[1]是紧密相连的.因此,结合纺织图案色彩的特殊要求,人们常基于HSV模型的H分量或S分量进行图像色彩的运算处理.然而
5、,由于RGB模型和HSV模型的自身特性,使得由RGB转换至HSV的H分量会出现奇异点和[3-4]不稳定点.这些奇异点和不稳定点的存在给后续的图像处理带来了不便.本文从RGB到HSV色彩空间的转换公式入手,着重研究和分析了产生奇异点和不稳定点的原因和缺陷,给出了转换修正公式.通过分析和实验验证,阐明了转换修正公式的特点和优势.收稿日期:2007-09-24基金项目:陕西省科技厅国际合作资助项目(2004WK-06)通讯作者:石美红(1956-),女,江苏省仪征市人,西安工程大学教授.主要从事计算机网络应用技术、图像处理与模式识
6、别、智能信息处理等方面的研究.E-mail:meihong_shi@263.net352纺织高校基础科学学报第21卷1HSV色彩空间的色度奇异点和色度不稳定点[1-4]由RGB模型到HSV模型的转换公式有多种表达形式,其原理是一样的.这里仅取其如下一个转换公式进行讨论.V=max(R,G,B),max(R,G,B)-min(R,G,B)S=,max(R,G,B)H未定义,如果S=0,(1)60@(G-B)/(S@V),如果SX0并且max(R,G,B)=R,H=60@(2+(B-R)/(S@V)),如果SX0并且max(R,
7、G,B)=G,60@(4+(R-G)/(S@V)),如果SX0并且max(R,G,B)=B,如果H<0,那么H=H+360.在式(1)中,R,G,B的取值范围是[0,255];H的取值范围是[0,360];S的取值范围是[0,1];V的取值范围是[0,255].在实际图像处理中,常常把H,S,V取值范围归一化为[0,1].定义1色度奇异点是指在max(R,G,B)=min(R,G,B),即R、G、B3个值相等,且S=0的情况下,H未定义的点.实际上,这些奇异点的色度都是纯灰色点.在有些公式里(例如Matlab中)直接将这些点
8、的色度取值为0,表明这些点的色度值没有对应值.但是,这就导致与图像中原本色度值为0(恰对应红色)的点发生混淆.由式(1)分析不难看出,当亮度V较小,或者饱和度S较小时,其对应的H色度分量值波动很大.图1给出了一种示例图.在图1(a)中,图像绝大多数点的R、G、B分量值都为128,但是,在某
