将 RGB 转换为 RGBW

Question

我知道这个has already been asked，但那里给出的anwser 不起作用。我花了一个多小时寻找公式或算法，但一无所获。因此，我开始编写自己的算法，以最有效的方式将 RGB 转换为 RGBW。这是我目前得到的：

        //'Ri', 'Gi', and 'Bi' correspond to the Red, Green, and Blue inputs.
        var M = Math.Max(Ri, Math.Max(Gi, Bi)); //The maximum value between R,G, and B.
        int Wo =0; //White output
        int Ro=0; //Red output
        int Go=0; //Green output
        int Bo=0; //Blue output

        int av = 0; //Average between the two minimum values
        int hR = 0; //Red with 100% hue
        int hG = 0; //Green with 100% hue
        int hB = 0; //Blue with 100% hue

        //These 4 lines serve to figure out what the input color is with 100% hue.
        float multiplier = 255.0f / M;
        hR = Convert.ToInt32(Ri * multiplier);
        hG = Convert.ToInt32(Gi * multiplier);
        hB = Convert.ToInt32(Bi * multiplier);

        //Depending on the maximum value, get an average of the least used colors, weighted for their importance in the overall hue.
        //This is the problematic part
        if (M == Ri)
           av = (Bi*hB + Gi*hG) / (hB+hG);
        else if (M == Gi)
            av = (Ri*hR + Bi*hB) / (hR+hB);
        else if (M == Bi)
            av = (Gi*hG + Ri*hR) / (hG+hR);

        //Set the rgbw colors
        Wo = av;
        Bo = Bi - av;
        Ro = Ri - av;
        Go = Gi - av;
        if (Wo < 1) Wo = 0;
        if (Bo < 1) Bo = 0;
        if (Ro < 1) Ro = 0;
        if (Go < 1) Go = 0;
        if (Wo > 255) Wo = 255;
        if (Bo > 255) Bo = 255;
        if (Ro > 255) Ro = 255;
        if (Go > 255) Go = 255;

如果我正在处理的颜色是原色，它可以正常工作，但在任何其他情况下都不会。是什么让它无处不在？我是否走在正确的轨道上？

编辑：这是我遇到的问题的 .gif。 RGBW 值一直在底部

Answer 1

终于搞明白怎么把RGB转RGBW了，原来我之前的方法完全错了：

//Get the maximum between R, G, and B
float tM = Math.Max(Ri, Math.Max(Gi, Bi));

//If the maximum value is 0, immediately return pure black.
if(tM == 0)
   { return new rgbwcolor() { r = 0, g = 0, b = 0, w = 0 }; }

//This section serves to figure out what the color with 100% hue is
float multiplier = 255.0f / tM;
float hR = Ri * multiplier;
float hG = Gi * multiplier;
float hB = Bi * multiplier;  

//This calculates the Whiteness (not strictly speaking Luminance) of the color
float M = Math.Max(hR, Math.Max(hG, hB));
float m = Math.Min(hR, Math.Min(hG, hB));
float Luminance = ((M + m) / 2.0f - 127.5f) * (255.0f/127.5f) / multiplier;

//Calculate the output values
int Wo = Convert.ToInt32(Luminance);
int Bo = Convert.ToInt32(Bi - Luminance);
int Ro = Convert.ToInt32(Ri - Luminance);
int Go = Convert.ToInt32(Gi - Luminance);

//Trim them so that they are all between 0 and 255
if (Wo < 0) Wo = 0;
if (Bo < 0) Bo = 0;
if (Ro < 0) Ro = 0;
if (Go < 0) Go = 0;
if (Wo > 255) Wo = 255;
if (Bo > 255) Bo = 255;
if (Ro > 255) Ro = 255;
if (Go > 255) Go = 255;
return new rgbwcolor() { r = Ro, g = Go, b = Bo, w = Wo };

欢迎任何优化想法:)

Answer 2

我制定了一个算法，该算法考虑了您的“白色”LED 的色温（因为这可能因灯带而异 - 我的是暖白色，即 4500k）。要点是here，代码如下，更多上下文的博文是Ouch! My Eyes! Arduino WS2812B Setup & RGBW Transformation (Cabinet Light Pt. 3)。

// Reference, currently set to 4500k white light:
// https://andi-siess.de/rgb-to-color-temperature/
const uint8_t kWhiteRedChannel = 255;
const uint8_t kWhiteGreenChannel = 219;
const uint8_t kWhiteBlueChannel = 186;

// The transformation has to be normalized to 255
static_assert(kWhiteRedChannel >= 255 ||
              kWhiteGreenChannel >= 255 ||
              kWhiteBlueChannel >= 255);

CRGBW GetRgbwFromRgb2(CRGB rgb) {
  uint8_t r = rgb.r;
  uint8_t g = rgb.g;
  uint8_t b = rgb.b;

  // These values are what the 'white' value would need to
  // be to get the corresponding color value.
  double whiteValueForRed = r * 255.0 / kWhiteRedChannel;
  double whiteValueForGreen = g * 255.0 / kWhiteGreenChannel;
  double whiteValueForBlue = b * 255.0 / kWhiteBlueChannel;

  // Set the white value to the highest it can be for the given color
  // (without over saturating any channel - thus the minimum of them).
  double minWhiteValue = min(whiteValueForRed,
                             min(whiteValueForGreen,
                                 whiteValueForBlue));
  uint8_t Wo = (minWhiteValue <= 255 ? (uint8_t) minWhiteValue : 255);

  // The rest of the channels will just be the original value minus the
  // contribution by the white channel.
  uint8_t Ro = (uint8_t)(r - minWhiteValue * kWhiteRedChannel / 255);
  uint8_t Go = (uint8_t)(g - minWhiteValue * kWhiteGreenChannel / 255);
  uint8_t Bo = (uint8_t)(b - minWhiteValue * kWhiteBlueChannel / 255);

  return CRGBW(Ro, Go, Bo, Wo);
}

Answer 3

我认为问题出在这里：

    if (M == Ri)
       av = (Bi*hB + Gi*hG) / (hB+hG);
    else if (M == Gi)
        av = (Ri*hR + Bi*hB) / (hR+hB);
    else if (M == Bi)
        av = (Gi*hG + Ri*hR) / (hG+hR);

你在这里做整数除法。您所有的变量都是整数，因此除法将是整数除法。

    if (M == Ri)
       av = (int)((float)(Bi*hB + Gi*hG) / (hB+hG));
    else if (M == Gi)
        av = (int)((float)(Ri*hR + Bi*hB) / (hR+hB));
    else if (M == Bi)
        av = (int)((float)(Gi*hG + Ri*hR) / (hG+hR));

这将进行浮点除法，并应为您提供所需的答案。您仍然可能会发现舍入错误 - 在这种情况下将 float 更改为 double。

将乘数计算改为浮点数：

float multiplier = 255.0 / M;

只解决了一半的问题，但现在在您的测试中导致另一个复杂问题：

if (M == Ri)
else if (M == Gi)
else if (M == Bi)

现在不太可能是真的。您需要在测试中添加舍入误差因子。

if (Math.Abs(M - Ri) < epsilon)
else if (Math.Abs(M - Gi) < epsilon)
else if (Math.Abs(M - Bi) < epsilon)

epsilon 是一个合适的小值（通常我建议 10e-6，但您可以进行实验。

此外，如果 M 与您未设置的任何 RGB 值都不够接近 av - 它始终保持设置为零。这也将为您提供您所看到的一切都是黑色的结果

Answer 4

我采取了不同的方法。我只是检查最低的值并将其设为白色通道，然后从红色、绿色和蓝色通道中减去该值。这有点简化，但效果很好并且易于实现。 128,128,0 变为 128,128,0,0 64,64,128 变为 0,0,64,64 等。 这也允许轻松实现颜色校正。当您构建 rgbw 值时，说蓝色有点强（典型）将蓝色通道限制为 250 而不是 255 之类的较低值。我不能说这在 C 或 C++ 中运行良好，但在 ADA 中运行良好。

Answer 5

这个 repo 可以为你完成这项工作：https://github.com/iamh2o/rgbw_colorspace_converter/

我和朋友一起编写了这个模块，“颜色”对象可以通过多个颜色系统实例化，并且该对象可以输出到它支持的所有其他颜色系统的翻译——经过大量研究（a关键是https://www.neltnerlabs.com/saikoled/how-to-convert-from-hsi-to-rgb-white)，我们终于搞定了[HSI/HSL/HSV/RGB/HEX] -> RGBW转换。

有大量的软件包解决了一般色彩空间问题，但似乎 RGBW 案例非常特定于物理照明/LED，不适用于数字显示器，RGBW 不包含在我看过的任何模块中在。

这个模块的杀手锏功能是，您实例化的颜色对象可以根据您的需要（您创建它的不同颜色系统）在多个颜色系统中进行操作，并且它将所有翻译保留到其他空间最新的——而且它的速度非常快，我们还没有让它成为一个帧速率限制组件。

因此，这样的事情将是通过完全明亮、完全饱和的彩虹的循环（注意 RGB 与 HSV 代码如何远不适合编程操作）：

from rgbw_colorspace_converter.colors.converters import RGB

color = RGB(255,0,0)

ctr = 0

while ctr < 10:
     color.hsv_h += .1
     print(f"HSV:{color.hsv}  RGB:{color.rgb}  HSI:{color.hsi} HEX:{color.hex}")
     ctr += 1

# "H" in hsv is actually expressed in 360 degrees, and it is cylindrical. We've normalized it to being between 0-1 (so H=0=H=1 - both are red)
HSV:(0.0, 1.0, 1.0)  RGB:(255, 0, 0)  HSI:(0.0, 1.0, 0.33333) HEX:#ff0000
HSV:(0.1, 1.0, 1.0)  RGB:(255, 153, 0)  HSI:(36.0, 1.0, 0.533328) HEX:#ff9900
HSV:(0.2, 1.0, 1.0)  RGB:(203, 255, 0)  HSI:(72.23529411764707, 1.0, 0.5986868235294117) HEX:#cbff00
HSV:(0.3, 1.0, 1.0)  RGB:(51, 255, 0)  HSI:(108.0, 1.0, 0.399996) HEX:#33ff00
HSV:(0.4, 1.0, 1.0)  RGB:(0, 255, 102)  HSI:(144.0, 1.0, 0.46666199999999997) HEX:#00ff66
HSV:(0.5, 1.0, 1.0)  RGB:(0, 255, 255)  HSI:(180.0, 1.0, 0.66666) HEX:#00ffff
HSV:(0.6, 1.0, 1.0)  RGB:(0, 102, 255)  HSI:(216.0, 1.0, 0.46666199999999997) HEX:#0066ff
HSV:(0.7, 1.0, 1.0)  RGB:(50, 0, 255)  HSI:(251.76470588235296, 1.0, 0.39868882352941176) HEX:#3200ff
HSV:(0.8, 1.0, 1.0)  RGB:(204, 0, 255)  HSI:(288.0, 1.0, 0.599994) HEX:#cc00ff
HSV:(0.9, 1.0, 1.0)  RGB:(255, 0, 152)  HSI:(324.2352941176471, 1.0, 0.5320208235294118) HEX:#ff0098
HSV:(1.0, 1.0, 1.0)  RGB:(255, 0, 0)  HSI:(0.0, 1.0, 0.33333) HEX:#ff0000


# AND- you can access the other color systems with
# color.rgbw, color.hsi, color.hsl /// All of
# which change as the RGB or HSV properties are changed 
# (you can even change them in different spaces on the same object)

Answer 6

我在这里可能有点偏离，但作为一名电子工程师，我看到 LED 输出光，然后编码 XD。无论如何，输出白色可以通过“点亮”所有 RGB 或白色通道来完成，但是保持相同的强度（以及从我的角度来看 LED 的良好状态）可以混合所有 4 个通道以输出与过驱动白色相同的白色渠道。 目前我怀疑这是否有任何问题，但以后可能会有所帮助。

Answer 7

我在研究我自己的 RGB 到 RGBW 转换时遇到了这个话题（这还不起作用:-)，我似乎错过了这个转换中的一个重要因素，那就是白色 LED 的色温。 “RGB-white”的色温可能是 6500（至少对于我遇到的所有 RGB LED 来说似乎都是如此），并且您似乎将您的白色 LED 通道视为它也具有该色温，但对于 RGBW LED，4000 或 5000 更为常见...