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HSV网格化模型构建及色谱可视化方法与流程

2021-10-24 06:57:00 来源:中国专利 TAG:色谱 可视化 网格 构建 模型

hsv网格化模型构建及色谱可视化方法
技术领域
1.本发明涉及hsv网格化模型构建及色谱可视化方法,属于纺纱色谱技术领域。


背景技术:

2.hsv颜色模型中的hsv即色相、彩度、明度(hue,saturation,value)。hsv颜色模型是一个使用色相环作为圆周,彩度作为半径,明度作为高的圆柱的模型。hsv颜色模型形状是一个由空间色彩的圆柱体,其示意图如图1所示。hsv颜色空间是一个圆柱体,其上顶面明度值为1、下底面的明度值为0,当明度值从1—0变化时,顶面上各个色相的明度值由1逐步降低至0的过程中全部变成黑色,且在圆柱中心轴上,从上顶面圆心到下底面圆心的过程中由白色逐步变成黑色;在圆柱型hsv颜色空间内,以圆柱轴心为中心,圆柱半径扫过的圆心角h为色相角,其中红、黄、绿、青、蓝、品红的色相角依次为0
°
、60
°
、120
°
、180
°
、240
°
、270
°
、360
°
。当色相角从0

360
°
变化时,色相则依次由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫进行色相变化;在圆柱型hsv颜色空间内,某个点到圆柱轴心的距离s为彩度,等彩度面则是半径为s的圆柱面,当彩度值从0

1变化时,反应了各色相彩度的变化过程。rgb颜色模型的八个顶点在hsv颜色模型的坐标值如表1所示
3.表1
[0004][0005]
hsv空间全色域色彩的可视化对于运用色彩变化规律进行色彩设计是非常重要的。但是现有hsv颜色空间理论存在以下问题:
[0006]
1、虽然基于极坐标体系定义了hsv颜色模型的色相角、彩度和明度及其取值范围,但缺少从色相角、彩度和明度等三个维度对hsv颜色模型的色彩分布规律的定量分析;
[0007]
2、虽然基于rgb颜色模型推演了hsv颜色模型,但未构建可用于数字化算法的网格化hsv颜色模型,并通过网格点阵列坐标将hsv颜色模型色相角、彩度和明度等三个维度的变量进行关联;
[0008]
3、虽然基于hsv颜色模型定义了等明度面、等色相面和等彩度面,但未给出hsi颜色模型等明度面、等色相面和等彩度面上网格点阵列色谱的求解方法。


技术实现要素:

[0009]
本发明所要解决的技术问题是提供hsv网格化模型构建,基于正六棱柱的hsv颜色空间,将其分解为六个正三棱柱颜色通用模型,通过对正三棱柱颜色通用模型三个底边及棱高的网格化构建了能将色相角、彩度、明度等三个维度进行双重耦合关联的网格化模型,并通过将其整合扩展实现了八基色hsv网格化模型的构建。
[0010]
本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案:本发明设计了hsv网格化模型
构建,基于顶面中心为白色w、底面k为黑色的正六棱柱的hsv颜色空间,结合正六棱柱圆周对应取值范围为0
°
~360
°
的色相角h、正六棱柱内任一点到柱心距离对应取值范围为0~1的彩度s、以及正六棱柱的高对应取值范围为0~1的明度v,针对红r、黄y、绿g、青c、蓝b、品红m六基色分别落在hsv颜色空间顶面边缘对应六根侧棱的位置,按如下步骤,实现八基色hsv网格化模型的构建;
[0011]
步骤a.根据红r、黄y、绿g、青c、蓝b、品红m分别沿各侧棱对应hsv颜色空间底面边缘的各位置分别为k
r
、k
y
、k
g
、k
c
、k
b
、k
m
,将hsv六棱柱颜色模型分解为六个正三棱柱颜色通用模型,分别为:wyr

kk
y
k
r
、wgy

kk
g
k
y
、wcg

kk
c
k
g
、wbc

kk
b
k
c
、wmb

kk
m
k
b
、wrm

kk
r
k
m
,由于正六棱柱底面颜色均为黑色,故上述六个正三棱柱颜色通用模型又可以称为:红





黑颜色子模型、黄

绿



黑颜色子模型、绿





黑颜色子模型、青





黑颜色子模型、蓝

品红



黑颜色子模型、品红





黑颜色子模型;上述六个正三棱柱颜色通用模型用通用模型wx1x2‑
kk
x1
k
x2
表示,其中,x1={r、y、g、c、b、m},x1={r、y、g、c、b、m},x2≠x1,然后进入步骤b;
[0012]
步骤b.针对正三棱柱颜色通用模型,对正三棱柱颜色通用模型中与色相角对应的边、以及与彩度半径对应的两个边均执行10等份,对正三棱柱颜色通用模型中与明度对应的高进行100等份,由此将该正三棱柱颜色通用模型进行网格化划分由此获得各网格点的坐标然后进入步骤c;其中,i=1,2,

,10,11,j=1,2,

,10,11,i j≤12,t=1,2,

,100,101;i表示正三棱柱颜色通用模型内从x1到x2与色相角对应边上划分的网格点色相序号;j表示正三棱柱颜色通用模型内与彩度半径对应的两条边上从柱心沿半径向外的网格点彩度序号,t表示正三棱柱颜色通用模型内从白到黑对明度所划分的网格点明度序号;
[0013]
步骤c.针正通用模型其所对应的四基色为w(r
w
,g
w
,b
w
)、k(r
k
,g
k
,b
k
),在明度为t的等明度面上,将网格点的色相序号、彩度序号及基色颜色值w(r
w
,g
w
,b
w
)进行第一重耦合,再将其与明度值序号及基色颜色值k(r
k
,g
k
,b
k
)进行第二重耦合,通过双重耦合构建正三棱柱颜色通用模型,由此获得网格化通用模型中各网格点的颜色值d
i,j,t
如下:
[0014][0015]
其中,x1、x2、w、k为正三棱柱颜色通用模型四基色颜色值,分别为:、w、k为正三棱柱颜色通用模型四基色颜色值,分别为:w(r
w
,g
w
,b
w
)、k(r
k
,g
k
,b
k
);d
i,j,t
为网格化通用模型内的网格点,其rgb颜色值为d
i,,j,t
(r
i,,j,t
,g
i,j,t
,b
i,j,t
);然后进入步骤d;
[0016]
步骤d.分别构建正三棱柱颜色通用模型的颜色转换矩阵z
i,j,t
、z

i,j,t
和z

i,j,t
如下,然后进入步骤e;
[0017][0018][0019][0020]
步骤e.分别针对各个正三棱柱颜色通用模型,根据z
i,j,t
、z

i,j,t
、z

i,j,t
、p
i,j,t
、d
i,j,t
,更新正三棱柱颜色通用模型中各网格点的颜色值d
i,j,t
=z

i,j,t
×
(z
i,j,t
×
α
i,j,t
z

i,j,t
),进而获得hsv颜色空间中各网格点的颜色值。
[0021]
作为本发明的一种优选技术方案:基于各正三棱柱颜色通用模型中各网格点颜色值d
i,j,t
的获得,进一步包括如下步骤:
[0022]
步骤f.根据各正三棱柱颜色通用模型内各网格点的坐标结合各正三棱柱颜色通用模型的序号l=1,2,...,5,6,构建八基色hsv网格化模型中各网格点坐标p
i,j,t,l
如下,然后进入步骤g;
[0023][0024]
步骤g.根据正三棱柱颜色通用模型中各网格点的颜色值d
i,j,t
,结合各正三棱柱颜色通用模型的序号l=1,2,...,5,6,则构建八基色hsv网格化模型中各网格点的颜色值d
i,j,t,l
如下,然后进入步骤h;
[0025][0026]
步骤h.根据z
i,j,t
、z
i
'
,j,t
和z
i”,j,t
,分别构建八基色hsv网格化模型的颜色转换矩阵z
i,j,t,l
、z

i,j,t,l
和z

i,j,t,l
如下,然后进入步骤i;
[0027]
[0028][0029][0030]
步骤i.根据z
i,j,t,l
、z
′″
i,j,t,l
、z

i,j,t,l
、p
i,j,t,l
、d
i,j,t,l
,更新八基色hsv网格化模型中各网格点的颜色值d
i,j,t,l
=z
i”,j,t,l
×
(z
i,j,t,l
×
α
i,j,t,l
z
i
'
,j,t,l
)。
[0031]
本发明还要解决的技术问题是提供基于hsv网格化模型构建的色谱可视化方法,基于八基色hsv网格化模型实现了用网格点坐标对hsv颜色模型各网格点颜色值进行数字化表达,并通过八基色hsv网格化模型高效实现了八基色hsv颜色空间等明度面、等色相面、等彩度面的网格点阵列模型与矩阵的构建,实现了八基色hsv等明度面、等色相面和等彩度面网格点色谱的数字化表达及其可视化。
[0032]
本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案:本发明设计了hsv网格化模型构建的色谱可视化方法,基于八基色hsv网格化模型中明度v所执行100等份对应的101个分别与明度v所在轴相垂直的等明度面,基于t=1,2,

,100,101,获得八基色hsv网格化模型中各个等明度面分别所对应的网格点阵列矩阵a
i,j,t,l
如下:
[0033][0034]
其中,当t=1时,
[0035]
[0036]
当t=2,

,100时,
[0037][0038]
当t=101时,
[0039][0040]
作为本发明的一种优选技术方案:基于八基色hsv网格化模型中明度v所执行100等份对应的101个等明度面,基于t=1,2,

,100,101,获得八基色hsv网格化模型中各个等明度面分别所对应的混色色谱矩阵da
i,j,t,l
如下:
[0041][0042]
作为本发明的一种优选技术方案:所述八基色hsv网格化模型顶面中心与底面中心连线,分别结合正六棱柱的六根侧棱,构成六个等色相面,则获得八基色hsv网格化模型中各个等色相面分别所对应的网格点阵列矩阵b
i,j,t,l
如下:
[0043][0044]
且进一步获得八基色hsv网格化模型中各个等色相面分别所对应的混色色谱矩阵db
i,j,t,l
如下:
[0045][0046]
作为本发明的一种优选技术方案:所述八基色hsv网格化模型所对应正六棱柱的六个侧面,构成六个等彩度面,基于m=1,2,

,10,11,则获得八基色hsv网格化模型中各个等彩度面分别所对应的网格点阵列矩阵c
i,j,t,l
如下:
[0047][0048]
其中,当m=1时,
[0049][0050]
当m=2,

,10时,
[0051][0052]
当m=11时,
[0053][0054]
作为本发明的一种优选技术方案:获得八基色hsv网格化模型中各个等彩度面分
别所对应的混色色谱矩阵dc
i,j,t,l
如下:
[0055][0056]
本发明所述hsv网格化模型构建及色谱可视化方法,采用以上技术方案与现有技术相比,具有以下技术效果:
[0057]
本发明所设计的hsv网格化模型构建,基于正六棱柱的hsv颜色空间,将其分解为六个正三棱柱颜色通用模型,通过对正三棱柱颜色通用模型三个底边及棱高的网格化构建了能将色相角、彩度、明度等三个维度进行双重耦合关联的网格化模型,并通过将其整合扩展实现了八基色hsv网格化模型的构建。基于八基色hsv网格化模型实现了用网格点坐标对hsv颜色模型各网格点颜色值进行数字化表达,并通过八基色hsv网格化模型高效实现了八基色hsv颜色空间等明度面、等色相面、等彩度面的网格点阵列模型与矩阵的构建,实现了八基色hsv等明度面、等色相面和等彩度面网格点色谱的数字化表达及其可视化。
附图说明
[0058]
图1是hsv颜色模型示意图;
[0059]
图2是八基色正六棱柱hsv颜色模型示意;
[0060]
图3是八基色正六棱柱hsv颜色模型所对应的正三棱柱颜色通用模型分解示意;
[0061]
图4是八基色hsv颜色模型内等明度面示意;
[0062]
图5是八基色hsv颜色模型内等色相面示意;
[0063]
图6是八基色hsv颜色模型内等彩度面示意。
具体实施方式
[0064]
下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
[0065]
hsv颜色模型是一个圆柱形模型,其顶面圆心为w,在顶面以红色相为基准,以60
°
色相角为梯度进行划分,可获得r、y、g、c、b、m等6个点,如图2所示。过顶面的r、y、g、c、b、m、w等7个点分别作与底面垂直的直线与圆柱底面相交于k
r
、k
y
、k
g
、k
c
、k
b
、k
m
、k,由此得到六条母线和一条圆柱轴心线,分别连接在顶面的r、y、g、c、b、m和底面的k
r
、k
y
、k
g
、k
c
、k
b
、k
m
,由此得到如图1所示的八基色hsv六棱柱模型。根据hsv颜色模型的定义,六条母线r

k
r
、y

k
y
、g

k
g
、c

k
c
、b

k
b
、m

k
m
,分别反映了r、y、g、c、b、m等六基色的明度值由1—0的变化过程,在底面k
r
、k
y
、k
g
、k
c
、k
b
、k
m
的颜色值与黑色相等,均为(0,0,0)。
[0066]
hsv六棱柱模型所用的基色分别为r、y、g、c、b、m、w、k,可将其分解为如图3所示的六个三棱柱颜色模型,分别为:wyr

kk
y
k
r
、wgy

kk
g
k
y
、wcg

kk
c
k
g
、wbc

kk
b
k
c
、wmb

kk
m
k
b
、wrm

kk
r
k
m
。由于六棱柱底面颜色均为黑色,故上述六个三棱柱颜色模型又可以称为:红





黑颜色子模型、黄

绿



黑颜色子模型、绿





黑颜色子模型、青





黑颜色子模型、蓝

品红



黑颜色子模型、品红





黑颜色子模型。
[0067]
在八基色正六棱柱hsv颜色模型中,如图4所示,与wk轴垂直的面,在该平面上不同
色相、不同彩度的色彩都具有相同的明度值,故称作等明度面,即图4所示的r’y’g’c’b’m’正六边形平面,这个平面可以沿着wk轴在hsv空间中上下移动,得到不同的等明度面。
[0068]
同样在八基色正六棱柱hsv颜色模型中,由wk轴与其他六基色中的一种组成的平面,在该平面上不同明度、不同彩度的色彩都具有相同的色相,故称作等色相面。如图5所示的wkk
r’r正四边形,可被称作等色相面。
[0069]
以及在八基色正六棱柱hsv颜色模型中,在hsv颜色空间内,以wk轴为中心形成的六棱柱的六个侧表面,在该平面上不同明度、不同色相的色彩都具有相同的彩度,故称作等彩度面。如图6所示的六棱柱r”y”g”c”b”m
”‑
k
r’k
y’k
g’k
c’k
b’k
m’的侧表面,这些平面可被称作等彩度面。
[0070]
基于上述对八基色正六棱柱hsv颜色模型的分析,八基色正六棱柱hsv颜色模型划分为α

β

w

k、β

γ

w

k、γ

δ

w

k、δ

ε

w

k、ε

ω

w

k、α

ω

w

k六个正三棱柱颜色通用模型。即本发明设计hsv网格化模型构建,基于顶面中心为白色w、底面k为黑色的正六棱柱的hsv颜色空间,结合正六棱柱圆周对应取值范围为0
°
~360
°
的色相角h、正六棱柱内任一点到柱心距离对应取值范围为0~1的彩度s、以及正六棱柱的高对应取值范围为0~1的明度v,针对红r、黄y、绿g、青c、蓝b、品红m六基色分别落在hsv颜色空间顶面边缘对应六根侧棱的位置,按如下步骤a至步骤i,实现八基色hsv网格化模型的构建。
[0071]
步骤a.根据红r、黄y、绿g、青c、蓝b、品红m分别沿各侧棱对应hsv颜色空间底面边缘的各位置分别为k
r
、k
y
、k
g
、k
c
、k
b
、k
m
,将hsv六棱柱颜色模型分解为六个正三棱柱颜色通用模型,分别为:wyr

kk
y
k
r
、wgy

kk
g
k
y
、wcg

kk
c
k
g
、wbc

kk
b
k
c
、wmb

kk
m
k
b
、wrm

kk
r
k
m
,由于正六棱柱底面颜色均为黑色,故上述六个正三棱柱颜色通用模型又可以称为:红





黑颜色子模型、黄

绿



黑颜色子模型、绿





黑颜色子模型、青





黑颜色子模型、蓝

品红



黑颜色子模型、品红





黑颜色子模型;上述六个正三棱柱颜色通用模型用通用模型wx1x2‑
kk
x1
k
x2
表示,其中,x1={r、y、g、c、b、m},x1={r、y、g、c、b、m},x2≠x1,然后进入步骤b。
[0072]
步骤b.针对正三棱柱颜色通用模型,对正三棱柱颜色通用模型中与色相角对应的边、以及与彩度半径对应的两个边均执行10等份,对正三棱柱颜色通用模型中与明度对应的高进行100等份,由此将该正三棱柱颜色通用模型进行网格化划分由此获得各网格点的坐标然后进入步骤c;其中,i=1,2,

,10,11,j=1,2,

,10,11,i j≤12,t=1,2,

,100,101;i表示正三棱柱颜色通用模型内从x1到x2与色相角对应边上划分的网格点色相序号;j表示正三棱柱颜色通用模型内与彩度半径对应的两条边上从柱心沿半径向外的网格点彩度序号,t表示正三棱柱颜色通用模型内从白到黑对明度所划分的网格点明度序号。
[0073]
步骤c.针正通用模型其所对应的四基色为w(r
w
,g
w
,b
w
)、k(r
k
,g
k
,b
k
),在明度为t的等明度面上,将网格点的色相序号、彩度序号及基色颜色值w(r
w
,g
w
,b
w
)进行第一重耦合,再将其与明度值序号及基色颜色值k(r
k
,g
k
,b
k
)进行第二重耦合,通过双
重耦合构建正三棱柱颜色通用模型,由此获得网格化通用模型中各网格点的颜色值d
i,j,t
如下:
[0074][0075]
其中,x1、x2、w、k为正三棱柱颜色通用模型四基色颜色值,分别为:、w、k为正三棱柱颜色通用模型四基色颜色值,分别为:w(r
w
,g
w
,b
w
)、k(r
k
,g
k
,b
k
);d
i,j,t
为网格化通用模型内的网格点,其rgb颜色值为d
i,j,t
(r
i,j,t
,g
i,j,t
,b
i,j,t
);然后进入步骤d。
[0076]
步骤d.分别构建正三棱柱颜色通用模型的颜色转换矩阵z
i,j,t
、z

i,j,t
和z

i,j,t
如下,然后进入步骤e;
[0077][0078][0079][0080]
步骤e.分别针对各个正三棱柱颜色通用模型,根据z
i,j,t
、z

i,j,t
、z

i,j,t
、p
i,j,t
、d
i,j,t
,更新正三棱柱颜色通用模型中各网格点的颜色值d
i,j,t
=z

i,j,t
×
(z
i,j,t
×
α
i,j,t
z
i
'
,j,t
),进而获得hsv颜色空间中各网格点的颜色值,然后进入步骤f。
[0081]
步骤f.根据各正三棱柱颜色通用模型内各网格点的坐标结合各正三棱柱颜色通用模型的序号l=1,2,...,5,6,构建八基色hsv网格化模型中各网格点坐标p
i,j,t,l
如下,然后进入步骤g;
[0082][0083]
步骤g.根据正三棱柱颜色通用模型中各网格点的颜色值d
i,j,t
,结合各正三棱柱颜色通用模型的序号l=1,2,...,5,6,则构建八基色hsv网格化模型中各网格点的颜色值d
i,j,t,l
如下,然后进入步骤h;
[0084][0085]
步骤h.根据z
i,j,t
、z

i,j,t
和z

i,j,t
,分别构建八基色hsv网格化模型的颜色转换矩阵z
i,j,t,l
、z

i,j,t,l
和z

i,j,t,l
如下,然后进入步骤i;
[0086][0087][0088][0089]
步骤i.根据z
i,j,t,l
、z

i,j,t,l
、z

i,j,t,l
、p
i,j,t,l
、d
i,j,t,l
,更新八基色hsv网格化模型中各网格点的颜色值d
i,j,t,l
=z

i,j,t,l
×
(z
i,j,t,l
×
α
i,j,t,l
z

i,j,t,l
)。
[0090]
进一步基于hsv网格化模型的构建,本发明进一步设计了hsv网格化模型构建的色谱可视化方法,基于八基色hsv网格化模型中明度v所执行100等份对应的101个分别与明度v所在轴相垂直的等明度面,基于t=1,2,

,100,101,获得八基色hsv网格化模型中各个等明度面分别所对应的网格点阵列矩阵a
i,j,t,l
如下:
[0091][0092]
其中,当t=1时,
[0093][0094]
当t=2,

,100时,
[0095][0096]
当t=101时,
[0097][0098]
对于基于八基色hsv网格化模型中明度v所执行100等份对应的101个等明度面,基于t=1,2,

,100,101,获得八基色hsv网格化模型中各个等明度面分别所对应的混色色谱矩阵da
i,j,t,l
如下:
[0099][0100]
上述三维矩阵可用l的取值1、2、3、4、5、6分别代表α

β

w

k、β

γ

w

k、γ

δ

w

k、δ

ε

w

k、ε

ω

w

k、α

ω

w

k六个三棱柱模型。一共可以获得6*101=606个等明度面。在这里,色谱矩阵的展开同网格点阵列矩阵的类似,就不一一展开了。
[0101]
所述八基色hsv网格化模型顶面中心与底面中心连线,分别结合正六棱柱的六根侧棱,构成六个等色相面,则获得八基色hsv网格化模型中各个等色相面分别所对应的网格点阵列矩阵b
i,j,t,l
如下:
[0102][0103]
且进一步获得八基色hsv网格化模型中各个等色相面分别所对应的混色色谱矩阵db
i,j,t,l
如下:
[0104][0105]
上述二维矩阵可用l的取值1、2、3、4、5、6分别代表α

β

w

k、β

γ

w

k、γ

δ

w

k、δ

ε

w

k、ε

ω

w

k、α

ω

w

k六个三棱柱模型。一共可以获得6个等色相面。在这里,色谱矩阵的展开同网格点阵列矩阵的类似,就不一一展开了。
[0106]
所述八基色hsv网格化模型所对应正六棱柱的六个侧面,构成六个等彩度面,基于m=1,2,

,10,11,则获得八基色hsv网格化模型中各个等彩度面分别所对应的网格点阵列矩阵c
i,j,t,l
如下:
[0107]
[0108]
其中,当m=1时,
[0109][0110]
当m=2,

,10时,
[0111][0112]
当m=11时,
[0113][0114]
进一步获得八基色hsv网格化模型中各个等彩度面分别所对应的混色色谱矩阵dc
i,j,t,l
如下:
[0115][0116]
上述三维矩阵需要满足行的坐标大于零条件,如果小于0,则α
i,j,t,l
=0,即d
i,j,t,l
=0。上述二维矩阵可用l的取值1、2、3、4、5、6分别代表α

β

w

k、β

γ

w

k、γ

δ

w

k、δ

ε

w

k、ε

ω

w

k、α

ω

w

k六个三棱柱模型,一共可以获得6*11=66个等彩度面。在这里,色谱矩阵的展开同网格点阵列矩阵的类似,就不一一展开了。
[0117]
上述技术方案所设计的hsv网格化模型构建,基于正六棱柱的hsv颜色空间,将其分解为六个正三棱柱颜色通用模型,通过对正三棱柱颜色通用模型三个底边及棱高的网格化构建了能将色相角、彩度、明度等三个维度进行双重耦合关联的网格化模型,并通过将其整合扩展实现了八基色hsv网格化模型的构建。基于八基色hsv网格化模型实现了用网格点坐标对hsv颜色模型各网格点颜色值进行数字化表达,并通过八基色hsv网格化模型高效实现了八基色hsv颜色空间等明度面、等色相面、等彩度面的网格点阵列模型与矩阵的构建,实现了八基色hsv等明度面、等色相面和等彩度面网格点色谱的数字化表达及其可视化。
[0118]
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明,但是本发明并不限于上述实施方式,在本领域普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
再多了解一些

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