Как однозначно конвертировать цвет из RGB в HSL и обратно, получая один и тот же результат?

Question

[Вадим]

Казалось бы, элементарная задача, но на деле не все так просто. Есть формулы, по которым можно выполнять RGB/HSL конвертацию, и есть куча готовых библиотек. Но столкнулся с тем, что если из RGB получить HSL, а потом перевести обратно в RGB, то очень часто конечный результат отличается от начального. Т.е. берем, скажем, цвет #918151, конвертируем его в HSL, а потом преобразуем обратно в RGB и получаем #908050, это при расчетах с плавающей точкой с 15 значащими цифрами.

Оно, вроде, не критично, и глазу человеческому разница вряд ли будет заметна, но все ж задумался - а нет ли какого-то метода, который однозначно позволит конвертировать туда-обратно? Возможно, есть какие-то корректировочные таблицы, позволяющие компенсировать ошибки, накапливающиеся в вычислениях?

Comments

[Сергей Соколов]

какие реализации пробовали – ссылки были бы полезны

[Akina]

Там же сплошная арифметика. Вот и считай в дробях.

[RabraBabr]

Вот моя реализация с цветом #918151 вроде работает туда обратно (сори за говнокодинг):

spoiler

/******************************************************************************

Welcome to GDB Online.
GDB online is an online compiler and debugger tool for C, C++, Python, Java, PHP, Ruby, Perl,
C#, OCaml, VB, Swift, Pascal, Fortran, Haskell, Objective-C, Assembly, HTML, CSS, JS, SQLite, Prolog.
Code, Compile, Run and Debug online from anywhere in world.

*******************************************************************************/
#include <iostream>

using namespace std;

void RGB_to_HSL (double r,double g,double b, double *h,double *s,double *l)
{
    double v;
    double m;
    double vm;
    double r2, g2, b2;
    v = max(r,g);
    v = max(v,b);
    m = min(r,g);
    m = min(m,b);
    if ((*l = (m + v) / 2.0) <= 0.0) return;
    if ((*s = vm = v - m) > 0.0) 
	{
		*s /= (*l <= 0.5) ? (v + m ) : (2.0 - v - m) ;
    } else
	return;

	r2 = (v - r) / vm;
    g2 = (v - g) / vm;
    b2 = (v - b) / vm;

    if (r == v)
		*h = (g == m ? 5.0 + b2 : 1.0 - g2); else 
	if (g == v)
		*h = (b == m ? 1.0 + r2 : 3.0 - b2);
    else
		*h = (r == m ? 3.0 + g2 : 5.0 - r2);
    *h /= 6;
}

void HSL_to_RGB (double h,double sl,double l,double *r,double *g,double *b)
{
	double v;

    v = (l <= 0.5) ? (l * (1.0 + sl)) : (l + sl - l * sl);
    if (v <= 0) 
	{
		*r = *g = *b = 0.0;
    } 
	else 
	{
		double m;
		double sv;
		int sextant;
		double fract, vsf, mid1, mid2;
		m = l + l - v;
		sv = (v - m ) / v;
		h *= 6.0;
		sextant = int (h);
		fract = h - sextant;
		vsf = v * sv * fract;
		mid1 = m + vsf;
		mid2 = v - vsf;
		switch (sextant) 
		{
			case 0: *r = v; *g = mid1; *b = m; break;
			case 1: *r = mid2; *g = v; *b = m; break;
			case 2: *r = m; *g = v; *b = mid1; break;
			case 3: *r = m; *g = mid2; *b = v; break;
			case 4: *r = mid1; *g = m; *b = v; break;
			case 5: *r = v; *g = m; *b = mid2; break;
		}
    }
}

int main()
{
	double r,g,b,h,s,l;
	r=145;
	g=129;
	b=81;
	RGB_to_HSL(r,g,b,&h,&s,&l);
	
	cout<<h<<endl;
	cout<<s<<endl;
	cout<<l<<endl;
	
	HSL_to_RGB (h,s,l,&r,&g,&b);

	cout<<r<<endl;
	cout<<g<<endl;
	cout<<b<<endl;


    return 0;
}

с++
https://www.onlinegdb.com/

[Вадим]

RabraBabr, вычисления обратимые, и это хорошо, но не хорошо то, что HSL считает совсем неверно. RGB(145, 129, 81) должно давать примерно HSL(45, 0.283.., 0.443..)

[RabraBabr]

Вадим,
Проверил. RGB надо разделить на 255. H развернуть на 360 тогда правильно будет.

Answer 1

[Сергей Соколов]

цветовые пространства RGB и HSL не совпадают, поэтому несоответствия неизбежны.

Например, полностью черному rgb(0, 0, 0) соответствует множество hsl(*, *, 0).

Хотя например, в этой работе предлагают точный целочисленный метод конвертации: Integer-based accurate conversion between RGB and ... (на англ.). Один из авторов — Владимир Чернов, выпускник Петербургского Политехнического университета.

Comments

[Dimonchik]

хе-хе

еще б практический смысл такого, ну хотя..

Answer 2

[Wataru]

Вообще, преобразования можно сделать обратимыми. Математические формулы однозначны.

Похоже там тупо где-то стоит округление вниз, ведь разница после преобразований по всем каналам - ровно 1. Может, это значение RGB в HSL на самом деле что-то вроде (15.01, 30.5, 49.9). Но в пиксели HSL в итоге запишутся целые числа (0-255). Из-за этого округления при обратном преобразовании получается не 0x91 а 0x90.6, что, опять же, округляется вниз.

Если так важна полная обратимость преобразований, попробуйте использовать 10-битные или 16-битные форматы пикселей (расширяя исходный 8-битный RGB нулями справа). Тогда эти округления не испортят важные вам 8 старших бит.

Comments

[d-stream]

формулы - да, одинаковы
но вот вычисления, как и численные методы - увы...
банальный пример 1/3*3

Answer 3

[mayton2019]

Дело в том что HSV - это полярная система коррдинат. Цилиндр по сути. И один из параметров цветового тона (угол вращения) может циклически повторяться неся одинаковый смысл. И может быть любым находясь в центре цилиндра.

Поэтому такая формула не будет никогда однозначной.