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HSV-Farbraum

Der HSV-Farbraum ist der Farbraum etlicher Farbmodelle, bei denen man die Farbe mit Hilfe des Farbtons (englisch hue), der Farbsättigung (saturation) und der Dunkelstufe (value) definiert. Ähnliche Definitionen führen zu einem HSL-Farbraum mit der relativen Helligkeit (lightness), einem HSB-Farbraum mit der absoluten Helligkeit (brightness) und einem HSI-Farbraum mit der Lichtintensität (intensity).

Inhaltsverzeichnis

Koordinaten des HSV-Farbmodells

Für die Beschreibung des Farbortes in diesem Farbraum werden folgende Parameter benutzt:

HSV-Raum und Farbwahrnehmung

In Fragen der Farbnachstellung wird das HSV-Paradigma gegenüber den Alternativen RGB und CMYK bevorzugt, weil es der menschlichen Farbwahrnehmung ähnelt. So fällt es leichter, die jeweils gewünschte Farbe zu finden: Man kann für die Farbmischung unmittelbar den Farbton wählen und dann entscheiden, wie gesättigt und wie hell (oder dunkel) dieser sein soll, oder ob eine andere Farbnuance passender ist. RGB und CMYK hingegen sind Wahlmethoden, die an die vorhandenen (geräteabhängigen) Grundfarben gebunden sind, sodass weniger die freie Wahl, sondern das Farbergebnis im Vordergrund steht.

Die HSV-Koordinaten einer Körperfarbe – die notwendigerweise eine Mischfarbe ist - sind nicht unmittelbar aus den Parametern ihres physikalischen Lichtspektrums zu bestimmen, wie dies in der Radiometrie mit den Spektralwertkurven möglich ist. Mittels geeigneter farbmetrischer Formelsätze wird aus den HSV-Koordinaten auf die Parameter wie Wellenlänge und Amplitude rückgeschlossen. Begrenzend wirkt hier allerdings die Metamerie, da es nicht ohne Probleme möglich ist aus 3 Parametern eine Vielheit eines Spektrums zu ermitteln. Bei Anwendungen des HSV-Systems geht es allerdings meist um Auswahl von Farben.

Nachteilig bei der Dunkelstufe ist, dass Weiß und ein beliebiger Buntton die gleiche Sättigung haben können. In diesem System wird also Weiß wie eine Buntfarbe behandelt. In der Praxis ist die Umwandlung eines Farbbildes in ein Schwarzweiß-Bild durch Ändern nur einer Koordinate nicht möglich.

Visualisierung des HSV-Modells

Modelle des Farbraumes

Die Varianten als Doppelkegel, Doppelpyramide, oder Kugel ergeben sich für die unten beschriebenen HSL-, HSI- und HSB-Modelle.

Aufgrund der vielfältigen Darstellungsformen sind die HSV-Werte für den selben Farbort in Zahlen sehr verschieden. Deshalb muss jeweils das benutzte Modell angegeben sein. Dadurch sind die HSV-Modelle besonders für die direkte Auswahl oder Anzeige von Farben hilfreich, farbmetrisch sind sie ungünstig.

Bei Auswahl und Festlegung an Geräten erfolgt eine geräteinterne, softwaregenerierte Umrechnung von HSV in Lab-Koordinaten, die dann auf andere Farbmodelle transferierbar sind.

Farbwähler für den HSV-Raum

Eine Darstellung des Farbraums durch das HSV-Modell ist für Farbwähler im Computerwesen üblich. Um eine bestimmte Farbe mit Hilfe ihrer HSV-Parameter auszuwählen und die Werte zu bestimmen, benutzt man in einem getrennten Diagramm den HSV-Farbkreis aus dem der Farbton H direkt ausgewählt wird. Danach werden die beiden anderen Parameter S und V gewählt. Dies kann auf einem Dreieck erfolgen, in welchem die Sättigung S auf einer Dreiecksseite und die Helligkeit V auf derer Mittelsenkrechten abgetragen werden. Eine Variante davon ist ein im Inneren des Farbkreises liegendes SV-Dreieck, dessen Spitze auf den Farbton H im Farbkreis zeigt. Die Dreiecksseite der Sättigung S endet dabei in dieser Spitze. Darüber hinaus sind auch Varianten mit feststehender senkrechter Achse für S üblich.

Ein Programm, dass einen solchen Farbwähler verwendet, bestimmt jeweils den zum Farbton H passenden Schnitt durch den Farbkörper und stellt ihn im Dreieck dar. Der Schnitt ist dabei ein senkrecht stehender, radialer Schnitt entlang der Weiß-Schwarz-Achse.

Eine weitere Variante des Farbwählers auf Basis des HSV-Modells stellt eine HV-Ebene dar, neben der ein separater S-Regler zur Verfügung steht. Zur Unterstützung der Farbauswahl durch den Benutzer wird dabei die Sättigung der in der HV-Ebene dargestellten Farbtöne an den jeweiligen Wert des S-Reglers angepasst, sobald dieser verändert wird. Diese Darstellung entspricht einem waagerechten Schnitt durch den Farbraum.

Transformation von RGB und HSV

Die Umrechnung folgt dem Formelsatz von Gonzalez und Woods [1][2].

Diese Intervalle gelten für das hier vorgestellte Modell. Andere Formelsätze[3] mit selbem Ergebnis geben etwa Foley und Van Dam [4] [5] oder Travis [6][5].

Außerdem ist zu beachten, ob der Körper für das zugrunde gelegte Modell ein Würfel, eine Kugel, ein Kegel, Doppelkegel ist.

Umrechnung RGB in HSV

Vorbedingung:
Nachbedingung:

Diese Formeln spiegeln einige Eigenheiten der HSV-Werte wider:

Undefinierte Werte werden aus rechentechnischen Gründen mit „Null“ besetzt.

Umrechnung HSV in RGB

      die zwei Werte V, S liegen im Intervall [0,100], aber R, G, B in [0,1] (siehe oben)

Es werden das Grundfarbenintervall hi, der Wert innerhalb dieses Intervalls f in [0,1) und noch drei Hilfswerte bestimmt, die bereits die jeweiligen Streckenlängen enthalten aber entsprechend auf die Komponenten R, G und B zu verteilen sind:

Ist S = 0, dann ist die resultierende Farbe Neutralgrau, und die Formel vereinfacht sich zu R = G = B = v.

Gegenüberstellung von HSV und RGB

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

Abgewandelte Farbmodelle HSL, HSB, HSI

Der HSL-Farbraum (auch als HLS bezeichnet) hat die Parameter Farbwinkel H, Farbsättigung S und Farbhelligkeit L. Im Gegensatz zum HSV-Farbraum wird er jedoch auf den zwischen Weiß und Schwarz liegenden Graupunkt als neutrales Grau bezogen. Der Farbkörper wird als Doppelkegel, Zylinder oder 6-seitiges Prisma dargestellt. Die Bunttöne liegen außen und der Graupunkt in der Mitte. Ähnlich ist er dem CIE-LCh°-Modell mit Farbhelligkeit L, Buntheit C und dem Bunttonwinkel h°, der gewissermaßen einem in Zylinderkoordinaten dargestellten Lab-Farbraum entspricht.

An den Bedürfnissen der Farbmetrik und der phototechnischen Reproduktion orientiert ist das HSB- und das HSI-Modell. Auch hierbei stehen H für Buntton (hue) und S für Sättigung. Der Unterschied bezieht sich auf die dritte Koordinate: einerseits HSB mit der Strahlungsgröße der Helligkeit, der absoluten Helligkeit B, anderseits als HSI-Farbmodell mit der Lichtintensität I.

Teilweise sind andere Zuordnungen des Farbwinkels zum Farbkreis üblich, die sich dann in der Position des Nullpunktes auf der Bunttonskala unterscheiden.

Umrechnungen für diese abgewandelten HSV-Räume finden sich bei Gonzalez und Woods [1] [7] oder Foley und Van Dam [4] [8].

Siehe auch

 Commons: HSV – Bilder, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise

  1. a b Rafael Gonzalez, Richard E. Woods: Digital Image Processing. Prentice Hall Press. 2002. S. 295, ISBN 0-201-18075-8
  2. nach HSV color space − Englische Wikipedia, der Formelsatz ist hier etwas anders angegeben
  3. Adrian Ford, Alan Roberts: Colour Space Conversions. www5.informatik.tu-muenchen.de. September 1996. (30. August 2006)
  4. 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
  5. a b Der Formelsatz findet sich in HSV: Hue Saturation Value. In: Ford, Roberts
  6. D. Travis: Effective Color Displays. Theory and Practice. Academic Press. 1991. ISBN 0-12-697690-2
  7. Formelsatz in HSI: Hue Saturation Intensity. In: Ford, Roberts
  8. Formelsatz in HSL: Hue Saturation Lightness. In: Ford, Roberts

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 – den gebräuchlichen Wert für IBM-kompatible PCs. Apple-Macintosh-Rechner hingegen verwenden standardmäßig einen Gammawert von 1,8.