HSV-Farbraum

aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie

Du hast neue Nachrichten (Unterschied zur vorletzten Version).

Farbton H, Sättigung S, Grauwert V

Der HSV-Farbraum ist der Farbraum des Farbmodells, bei dem man die Farbe mit Hilfe des Farbtons (englisch hue), der Sättigung (saturation) und dem Grauwert (value) definiert. Ähnliche Definitionen führen zum HSL-Farbraum mit der relativen Helligkeit (lightness), HSB-Farbraum mit der absoluten Helligkeit (brightness) und HSI-Farbraum mit der Lichtintensität (intensity)

[Bearbeiten] Das HSV-Farbmodell

Dabei werden folgende Farbwerte angegeben:

der Farbton als Farbwinkel H auf dem Farbkreis (z. B. 0° = Rot, 120° = Grün, 240° = Blau)
die Sättigung S in Prozent (z. B. 0% = keine Farbe, 50% = ungesättigte Farbe, 100% = gesättigte, reine Farbe)
der Grauwert V als Prozentwert angegeben (z. B. 0% = keine Helligkeit, 100% = volle Helligkeit)

[Bearbeiten] Der HSV-Raum und Farbwahrnehmung

Der HSV-Farbkreis

In Fragen der Farbnachstellung wird das HSV-Paradigma gegenüber den Alternativen RGB und CMYK bevorzugt, weil es der menschlichen Art, Farben wahrzunehmen, ähnelt und es so leichter fällt, die jeweils gewünschte Farbe zu komponieren: In der Farbmischung kann man sofort den Farbton wählen und dann entscheiden, wie gesättigt und wie hell oder dunkel dieser sein soll, oder ob ein anderer Farbstich passender wäre. RGB und CMYK hingegen sind Methoden, die geeignet sind, die vorhandenen Grundfarben zu nutzen.

Leider ist es nicht ohne Weiteres möglich, die HSV-Koordinaten einer Körperfarbe – die im allgemeinen ein „buntes“ Gemisch verschiedener Spektralwerte ist – in die Parameter ihres physikalischen Lichtspektrum, wie sie z. B. in der Radiometrie als Spektralwertkurven gemessen werden, umzuwandeln. Mittels geeigneter farbemetrischer Formelsätze können aber aus den HSV-Koordinaten Parametern wie Wellenlänge und Amplitude der ermittelt werden.

Der Farbwinkel spezifiziert die dominante Wellenlänge der Farbe, mit Ausnahme des Bereiches zwischen Blauviolett und Rot (240° und 360°), wo er eine Position auf der Purpurlinie angibt.
Die Sättigung entspricht der Zumischung von purem Weiß (das heißt Licht mit gleichen Anteilen aller Wellenlängen) zu einer puren (monochromatischen) Spektralfarbe oder alternativ der Verteilung der Frequenzen um die dominante Wellenlänge herum.
Die Helligkeit entspricht in etwa dem Gesamtenenergieinhalt, beziehungsweise der maximalen Amplitude des Lichts. Der Grauwert gibt in groben Zügen die Amplitude der dominanten Wellenlänge an, wie das die unten angegebenen Formeln widerspiegeln.

[Bearbeiten] Visualisierung des HSV-Modells

HSV-Farbraum als Kegel

HSV-Farbraum als Zylinder

Eine Methode der Veranschaulichung der HSV-Parameter ist der Kegel, auf der Spitze stehend, damit die Helligkeit von unten nach oben zunimmt. Andere Darstellungen benutzen stattdessen eine hexagonale Pyramide. Und schließlich kann der HSV-Farbraum auch mittels eines Zylinders dargestellt werden.

Eine andere Darstellung des Farbraums durch das HSV-Modell ist im Computerwesen verbreitet: Um eine bestimmte Farbe mit Hilfe ihrer HSV-Parameter auszuwählen bzw. auszudrücken, benutzt man in einem getrennten Diagramm den HSV-Farbkreis, der Farbton (Hue) wird direkt vom Farbkreis ausgewählt. Daneben werden – meist von einem Dreieck, wobei die waagerechte Achse die Sättigung und die senkrechte die Helligkeit widerspiegelt – die beiden anderen Parameter gewählt. Dabei berechnet das Programm automatisch den zum Farbton passenden Schnitt durch den Farbkörper.

[Bearbeiten] Farbbeispiele und entsprechende RGB-Werte

Farbe	H	S	V	R	G	B
Schwarz	-	-	0%	0	0	0
Weiß	-	0%	100%	1	1	1
Rot	0°	100%	100%	1	0	0
Gelb	60°	100%	100%	1	1	0
Grün	120°	100%	100%	0	1	0
Dunkelgrün	120°	100%	50%	0	0,5	0
Cyan	180°	100%	100%	0	1	1
Blau	240°	100%	100%	0	0	1
Magenta	300°	100%	100%	1	0	1
Rot	360°	100%	100%	1	0	0

[Bearbeiten] Transformation von RGB und HSV

Illustration der Zusammenhänge zwischen HSV- und RGB-Raum

Die Umrechnung folgt dem Formelsatz von Gonzalez und Woods ^[1]^[2]. Andere Formelsätze^[3] geben Foley und Van Dam ^[4]^[5] oder Travis ^[6]^[5].

[Bearbeiten] RGB in HSV

Hat man die (R, G, B)-Werte einer Farbe, wobei R, G, und B Werte im Intervall [0 , 1] annehmen können, können die (H, S, V) Werte nach folgendem Pseudocode errechnet werden:

$\,MAX = max(R,G,B), ~ MIN = min(R,G,B)$

$if (MAX = MIN)\, H=0\, ~ \mathrm{else}\, ~ H = \left\{ \begin{matrix} \left( 0 + \frac {G - B} {MAX - MIN} \right) \cdot 60, & \mbox{if } R = MAX \\ \left( 2 + \frac {B - R} {MAX - MIN} \right) \cdot 60, & \mbox{if } G = MAX \\ \left( 4 + \frac {R - G} {MAX - MIN} \right) \cdot 60, & \mbox{if } B = MAX \end{matrix}\right.$

$if(H < 0)\, H=H+360$

$if(MAX=0)\, S=0\, ~ \mathrm{else}\, ~ S = 100 \cdot \frac {MAX - MIN} {MAX}$

$\,V = 100 \cdot MAX$

Der resultierende Wert von H liegt im Intervall [0 , 360]°, S und V im Intervall [0 , 100]%.

Beachte, dass diese Formeln einige Eigenheiten der HSV-Werte widerspiegeln:

Wenn R = G = B, dann ist H undefiniert.

Das ist offensichtlich, wenn man die Diagramme oben betrachtet. Denn wenn S = 0 ist, dann liegt die Farbe auf der zentralen Grau-Linie, sodass der Farbton selbstverständlich ohne Bedeutung ist.

Wenn R = G = B = 0, dann ist S undefiniert.

Denn wenn alle drei RGB-Werte null sind ist, ist die Farbe Schwarz, sodass die Farbsättigung ohne Bedeutung ist. Dasselbe gilt übrigens im Falle MAX = MIN = 1, die Farbe ist Weiß, die Formel liefert hier aber formal 0.

Undefinierte Werte werden daher aus rechentechnischen Gründen 0 gesetzt.

[Bearbeiten] HSV in RGB

Hat man die (H, S, V)-Werte einer Farbe, wobei H Werte im Intervall [0, 360] und S und V Werte im Intervall [0, 100]% annehmen, kann man die entsprechenden (R, G, B)-Werte dieser Farbe berechnen.

Ist S gleich 0.0, dann ist die resultierende Farbe Grau. In diesem Spezialfall bekommen R, G, und B einfach den Wert V. Wie oben ist H in diesem Falle irrelevant.

Ist S nicht Null, so werden die folgenden Formeln verwendet:

$H_i = \left \lfloor { H \over 60 } \right \rfloor$

$f = \frac{H}{60} - H_i$

$p = V \cdot ( 100 - S )$

$q = V \cdot \Big( 100 - ( S \cdot f ) \Big)$

$t = V \cdot \Big( 100 - \Big( S \cdot ( 1 - f ) \Big) \Big)$

$\mbox{if } H_i = 0 \rightarrow R = V, G = t, B = p \,$

$\mbox{if } H_i = 1 \rightarrow R = q, G = V, B = p \,$

$\mbox{if } H_i = 2 \rightarrow R = p, G = V, B = t \,$

$\mbox{if } H_i = 3 \rightarrow R = p, G = q, B = V \,$

$\mbox{if } H_i = 4 \rightarrow R = t, G = p, B = V \,$

$\mbox{if } H_i = 5 \rightarrow R = V, G = p, B = q \,$

[Bearbeiten] Die Farbmodelle HSL, HSB, HSI

Der HSL-Farbraum mit Farbwinkel, Farbsättigung und Farbhelligkeit L ähnelt dem HSV-Farbraum, wird jedoch nicht auf den Weisspunkt als Unbuntpunkt, sondern einen zwischen Weiss und Schwarz liegenden Graupunkt als neutrales Grau. Er wird als Doppelkegel, Zylinder oder 6-seitiges Prisma dargestellt, mit den Bunttönen und Graupunkt in der Mitte. Er ähnelt auch einem LCh-Farbraum mit Farbhelligkeit, Buntheit, Bunttonwinkel.

Mehr an den Bedürfnissen der Farbmetrik orientiert mit den Strahlungsgrössen der Helligkeit sind das HSB-Farbmodell absoluten Helligkeit B bzw. als HSI-Farbraum mit der Lichtintensität I.

Berechnungen für diese Farbräume geben Gonzalez und Woods ^[1]^[7] oder Foley und Van Dam^[4]^[8].

[Bearbeiten] Andere Farbmodelle

YUV-Farbmodell (analoges PAL)
YIQ-Farbmodell (analoges NTSC)
YPbPr-Farbmodell (analoges HDTV, analoges Komponenten-Videokabel)
YCbCr-Farbmodell (digitales Fernsehen, sowohl digitales PAL als auch digitales NTSC, DVB, JPEG, MPEG, DVD-Video, ...)
RGB-Farbraum
CMYK-Farbmodell

[Bearbeiten] Einzelnachweise

↑ ^a ^b Rafael Gonzalez, Richard E. Woods: Digital Image Processing. Prentice Hall Press. 2002. S. 295, ISBN 0-201-18075-8
↑ nach HSV color space − Englische Wikipedia, der Formelsatz ist hier etwas anders angegeben
↑ Adrian Ford, Alan Roberts: Colour Space Conversions. www5.informatik.tu-muenchen.de. September 1996. (30. August 2006)
↑ ^a ^b James D. Foley, Andries van Dam, Steven K. Feiner, John F. Hughes: Computer Graphics: Principles and Practice in C. Addison-Wesley. München, 1990
↑ ^a ^b Der Formelsatz findet sich in HSV: Hue Saturation Value. In: Ford, Roberts
↑ D. Travis: Effective Color Displays. Theory and Practice. Academic Press. 1991. ISBN 0-12-697690-2
↑ Formelsatz in HSI: Hue Saturation Intensity. In: Ford, Roberts
↑ Formelsatz in HSI: Hue Saturation Lightness. In: Ford, Roberts – das „I“ im Titel ist etwas irreführend

Die in Wikipedia-Artikeln verwendeten Farben werden auf jedem Monitor anders dargestellt und sind nicht farbverbindlich. Eine Möglichkeit, die Darstellung mit rein visuellen Mitteln näherungsweise zu kalibrieren, bietet das nebenstehende Testbild: Tritt auf einer oder mehreren der drei grauen Flächen ein Buchstabe (R für Rot, G für Grün oder B für Blau) stark hervor, sollte die Gammakorrektur des korrespondierenden Monitor-Farbkanals korrigiert werden. Das Bild ist auf einen Gammawert von 2,2 eingestellt – der gebräuchliche Wert für PCs. Macintosh-Rechner hingegen verwenden standardmäßig einen Gamma von 1,8.

Von „http://de.wikipedia.org../../../h/s/v/HSV-Farbraum_e41f.html“

Kategorie: Farbsystem