在Python中无浮点数学实现HSV与RGB转换

Question

有没有人知道一个好的 Python 算法，可以把 HSV 颜色转换成 RGB（反过来也可以），而且不需要用到任何外部模块？我正在写一些动画生成的代码，想要支持 HSV 颜色空间，但我的代码是在 Raspberry Pi 上运行的，我想尽量避免使用浮点数。

Answer 1

这个网站 在这里 会带你了解一些步骤，包括如何使用整数除法来完成转换。下面是一个用Python写的RGB转HSV的函数，跟网站上描述的内容一致。

def RGB_2_HSV(RGB):
    ''' Converts an integer RGB tuple (value range from 0 to 255) to an HSV tuple '''

    # Unpack the tuple for readability
    R, G, B = RGB

    # Compute the H value by finding the maximum of the RGB values
    RGB_Max = max(RGB)
    RGB_Min = min(RGB)

    # Compute the value
    V = RGB_Max;
    if V == 0:
        H = S = 0
        return (H,S,V)


    # Compute the saturation value
    S = 255 * (RGB_Max - RGB_Min) // V

    if S == 0:
        H = 0
        return (H, S, V)

    # Compute the Hue
    if RGB_Max == R:
        H = 0 + 43*(G - B)//(RGB_Max - RGB_Min)
    elif RGB_Max == G:
        H = 85 + 43*(B - R)//(RGB_Max - RGB_Min)
    else: # RGB_MAX == B
        H = 171 + 43*(R - G)//(RGB_Max - RGB_Min)

    return (H, S, V)

这个函数的结果跟colorsys库里的函数比较起来是正确的。

import colorsys
RGB = (127, 127, 127)

Converted_2_HSV = RGB_2_HSV(RGB)
Verify_RGB_2_HSV = colorsys.rgb_to_hsv(RGB[0], RGB[1], RGB[2])

print Converted_2_HSV
>>> (0, 0, 127)

print Verify_RGB_2_HSV # multiplied by 255 to bring it into the same scale
>>> (0.0, 0.0, 127.5)

你还可以检查一下输出的结果确实是整数。

type(Converted_2_HSV[0])
>>> <type 'int'>

现在我们来看看反向转换的函数。原始的源代码可以在 这里 找到，下面是对应的Python版本。

def HSV_2_RGB(HSV):
    ''' Converts an integer HSV tuple (value range from 0 to 255) to an RGB tuple '''

    # Unpack the HSV tuple for readability
    H, S, V = HSV

    # Check if the color is Grayscale
    if S == 0:
        R = V
        G = V
        B = V
        return (R, G, B)

    # Make hue 0-5
    region = H // 43;

    # Find remainder part, make it from 0-255
    remainder = (H - (region * 43)) * 6; 

    # Calculate temp vars, doing integer multiplication
    P = (V * (255 - S)) >> 8;
    Q = (V * (255 - ((S * remainder) >> 8))) >> 8;
    T = (V * (255 - ((S * (255 - remainder)) >> 8))) >> 8;


    # Assign temp vars based on color cone region
    if region == 0:
        R = V
        G = T
        B = P
    
    elif region == 1:
        R = Q; 
        G = V; 
        B = P;

    elif region == 2:
        R = P; 
        G = V; 
        B = T;

    elif region == 3:
        R = P; 
        G = Q; 
        B = V;

    elif region == 4:
        R = T; 
        G = P; 
        B = V;

    else: 
        R = V; 
        G = P; 
        B = Q;


    return (R, G, B)

我们可以用之前的方法来验证结果。

interger_HSV = (127, 127, 127)
Converted_2_RGB = HSV_2_RGB(interger_HSV)
Verify_HSV_2_RGB = colorsys.hsv_to_rgb(0.5, 0.5, 0.5)

print Converted_2_RGB
>>> (63, 127, 124)

print type(Converted_2_RGB[0])
>>> <type 'int'>

print Verify_HSV_2_RGB # multiplied these by 255 so they are on the same scale
>>> (63.75, 127.5, 127.5)

不过，使用整数运算确实会引入一些误差，不过根据具体的应用场景，这些误差可能是可以接受的。