C语言中快速、优化且准确的RGB <-> HSB转换代码

Question

我正在寻找一种快速、准确的RGB到HSB和HSB到RGB的纯C实现。请注意，我特别寻找色相、饱和度、亮度，而不是HSL（亮度）。

当然，我已经进行了广泛的谷歌搜索，但速度是最重要的，我正在寻找任何可靠、快速、可靠的代码的具体建议。

- Cruachan

---

除非由于某种外部要求而必须使用HSB，否则请放弃它。HSB（以及HSL）是一种基本上有缺陷的颜色模型，与现实无关，并且会导致可怕的事情，例如当您更改颜色的色调时，颜色的强度也会发生变化。（从数学上讲，转换为灰度不符合色调轮旋转的交换律。） - R.. GitHub STOP HELPING ICE

Answer 1

这是一个标准C语言的简单实现。

在没有更多上下文信息的情况下，这已经足够好了。也许您可以提供更多的信息：

- 您如何存储RGB样本（首先是每像素的位数）？ - 您如何存储像素数据（如果要高效地转换较大的缓冲区，组织方式是什么）？ - 您希望如何表示输出（我现在假设使用浮点数）？

我可以提供进一步优化的版本（也许可以很好地利用SSE4指令……）。

尽管如此，当进行优化编译时，这个实现并不差。

#include <stdio.h>
#include <math.h>

typedef struct RGB_t { unsigned char red, green, blue; } RGB;
typedef struct HSB_t { float hue, saturation, brightness; } HSB;

/*
 * Returns the hue, saturation, and brightness of the color.
 */
void RgbToHsb(struct RGB_t rgb, struct HSB_t* outHsb)
{
    // TODO check arguments

    float r = rgb.red / 255.0f;
    float g = rgb.green / 255.0f;
    float b = rgb.blue / 255.0f;
    float max = fmaxf(fmaxf(r, g), b);
    float min = fminf(fminf(r, g), b);
    float delta = max - min;
    if (delta != 0)
    {
        float hue;
        if (r == max)
        {
            hue = (g - b) / delta;
        }
        else
        {
            if (g == max)
            {
                hue = 2 + (b - r) / delta;
            }
            else
            {
                hue = 4 + (r - g) / delta;
            }
        }
        hue *= 60;
        if (hue < 0) hue += 360;
        outHsb->hue = hue;
    }
    else
    {
        outHsb->hue = 0;
    }
    outHsb->saturation = max == 0 ? 0 : (max - min) / max;
    outHsb->brightness = max;
}

典型用法和测试：

int main()
{
    struct RGB_t rgb = { 132, 34, 255 };
    struct HSB_t hsb;

    RgbToHsb(rgb, &hsb);

    printf("RGB(%u,%u,%u) -> HSB(%f,%f,%f)\n", rgb.red, rgb.green, rgb.blue,
           hsb.hue, hsb.saturation, hsb.brightness);
    // prints: RGB(132,34,255) -> HSB(266.606354,0.866667,1.000000)

    return 0;
}

- sehe

---

这是sRGB还是线性RGB？ - AldaronLau

找到答案了，https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_color_spaces_and_their_uses#HSV_and_HSL 上写着：HSV 基于 sRGB 颜色空间。 - AldaronLau

Answer 2

首先

HSB 和 HLS 是在用户需以数字来规定颜色时开发的，用于指定色相、饱和度和亮度（或者是色相、明度和饱和度）。然而，这些通常的 HSB 和 HLS 公式与人类色觉特性的不同之处存在缺陷。现在用户可以通过视觉选择颜色，或选择与其他媒体相关的颜色（例如 PANTONE），或使用基于感知的系统（如 L*u*v* 和 L*a*b*），因此应该放弃使用 HSB 和 HLS。【来源】

查看开源 Java 实现 这里

Boost 库（我知道，是 C++）曾经似乎包含 HSB 转换，但现在我只能找到亮度转换（这里）

- sehe

Answer 3

快速RGB到HSV浮点转换来自lolengine.net，它采用了“常见”的RGB2HSV实现，并做出以下观察：

只有色调偏移K会改变。现在的想法是：

• 使用比较对三元组（r，g，b）进行排序
• 在排序三元组时构建K
• 执行最终计算

我们注意到，最后一次交换有效地改变了K和g-b的符号。由于两者都被添加并传递给fabs()，因此可以实际上省略符号反转。

最后一步看起来像C代码，但它们的最终形式是C++，可以轻松转换为C：

static void RGB2HSV(float r, float g, float b,
                    float &h, float &s, float &v)
{
    float K = 0.f;

    if (g < b)
    {
        std::swap(g, b);
        K = -1.f;
    }

    if (r < g)
    {
        std::swap(r, g);
        K = -2.f / 6.f - K;
    }

    float chroma = r - std::min(g, b);
    h = fabs(K + (g - b) / (6.f * chroma + 1e-20f));
    s = chroma / (r + 1e-20f);
    v = r;
}

- idbrii

Answer 4

我建议使用查找表来存储HSB和RGB值。首先将RGB值（假设每个组件为8位）转换为16位值（每个组件5位）。 HSB值也是16位值，可以通过相同的方式进行转换，这里，色调组件应该使用比饱和度和亮度更多的位，可能是每个组件8位，而饱和度和亮度各4位。当然，在从HSB转换为RGB时，反过来适用相同的规则。

- Peter O.

---

优化策略方面提供了很好的提示。然而，所做出的权衡是无法争辩的；原帖中的要求过于模糊（快速、_准确_实现）。 - sehe