将 RGBW 颜色转换为标准 RGB/HSB 表示答案

【问题标题】：Converting an RGBW color to a standard RGB/HSB representation将 RGBW 颜色转换为标准 RGB/HSB 表示
【发布时间】：2014-02-02 18:23:22
【问题描述】：

我正在为家庭自动化系统中的灯光管理构建一个界面。我设法为各种供应商控制标准的开/关和可调光，几乎没有问题，但现在我遇到了与 RGB 灯相关的问题。

我目前使用的灯是 RGBW LED 灯带 - 具体来说，我正在使用低成本 RGBW 灯：灯由四个 LED 组成，每个 LED 都可以单独控制。

为了更清楚 - 我正在编写一些 c# 代码，它应该检索当前选择的颜色并将其显示在 UI 中，并使用户能够为灯光指定新颜色。为了设置颜色和检索它，我必须使用一个命令提供程序，它使我能够通过 Web 服务发送和接收命令。

提供程序使用 RGBW 颜色 - 使用红色、绿色、蓝色和白色的四个分量。为了在我的界面上表示当前的灯光颜色，我想将服务返回的 RGBW 颜色转换为更标准的 RGB/HSB 方案。

在网上搜索，我发现的唯一颜色转换参考（不包括用于 rgb 到 rgbw 转换的 c++ 示例，根据我的理解，它必须有一些严重的错误）是这篇文章，它显示了从 HSI 到 RGBW 的转换，这与我需要的相反：link here

我正在寻找有关如何实现这种转换的一些见解（或简单解释为什么它不可能）。据我所知，从 RGB 到 RGBW 的转换是任意的 - 单个 RGB 值可以表示为多个 RGBW 值，但相反的转换应该是单义的。另请注意，当我使用 c# 时，也可以随意参考其他语言的算法 - 语言不是问题，问题是我不知道进行颜色转换的数学运算。

【问题讨论】：

标签： colors rgb hsb color-theory

【解决方案1】：

我知道这是一个相当古老的问题，但我正在查看 RGB->RGBW 算法并发现这篇文章 - 虽然不是答案 - 可能会有所帮助？

http://web.archive.org/web/20101008153429/http://www.nouvoyance.com:80/files/pdf/Adding-a-White.pdf

在此，他们建议 RGB->RGBW 的一种转换是简单地从 min(R, G, B) 创建 W。

R -> R
G -> G
B -> B
W -> min(R, G, B)

与此相反（对于您的场景）就是扔掉 W。

R -> R
G -> G
B -> B
W -> 空

【讨论】：

感谢奥利弗的意见。这是我开始这个项目时的总体方向。当我试图向经理/下午解释说如果在 UI 上选择的 RGB 值接近黑色时，我迷路了，这并不意味着设备会突然开始发出黑光 ...

【解决方案2】：

如何将 RGB 转换为 RGBW 在下一篇论文的 2.1 项中进行了描述

http://www.mirlab.org/conference_papers/International_Conference/ICASSP%202014/papers/p1214-lee.pdf

将您的 LED 视为一个巨大的像素。 Oliver 的答案使用 Wo = min(Ri,Gi,Bi)，计算成本低且有效。本文介绍了其他可最大限度降低功耗的替代方案，这对家庭自动化项目有什么好处。我还在一个带有 OpenHAB、Arduino 和 RGBW LED 的家庭自动化项目中，一方面论文提出的替代方案会很好，另一方面，一个巨大的 LUT 将无法正常工作并转换 arduino 8 上的所有值。我建议您尝试使用论文中引用的不那么节能的技术来校正 RGB 值：

假设 Ri、Gi、Bi 是颜色输入，从 0 到 255 的整数，所以 Q = 255，并且您的输出是值从 0 到 255 的 Wo、Ro、Go 和 Bo：

M = max(Ri,Gi,Bi)
m = min(Ri,Gi,Bi)

Wo = if (m/M < 0.5) use ( (m*M) / (M-m) ) else M 
Q = 255
K = (Wo + M) / m
Ro = floor( [ ( K * Ri ) - Wo ] / Q )
Go = floor( [ ( K * Gi ) - Wo ] / Q )
Bo = floor( [ ( K * Bi ) - Wo ] / Q )

在实施之前在电子表格中进行练习，在 Wo = m、m^2 和 -m^3+m^2+m 上进行实验，用正确的 Qw 校正 Wo 值，您会惊讶于没有校正的简单解决方案不是人们所期望的，其他答案也没有太大差异。检查纸张的颜色失真结果，我想如果你不纠正 RGB 值，你最终会得到一些褪色的颜色。

【讨论】：

感谢罗伯托的信息。遗憾的是，我目前手头没有 RGBW 发光器，但您提供的信息似乎是我希望找到的最准确的信息。如果/何时我能够实际测试该研究论文中描述的算法，将会更新。
这真的很有趣，谢谢分享。让我想起了再次上学，不得不盯着它看一会儿；）。

【解决方案3】：

我一直在查看 Roberto 建议的答案，但在许多情况下，颜色似乎更暗且饱和度不足。以 RGB = (255,255,2) 为例，RGBW = (128,128,1,2)。

进一步挖掘，Chul Lee 的论文似乎在其 K 方程中有一个错误。该方程来自 Lili Wang 的一篇论文（“手机 RGBW 显示器中亮度和颜色之间的权衡”用法") 实际上是：

K = (Wo + M)/M

请注意，它是大写的 M，而不是小写的 m。鉴于此更改，您也不需要 Q，因为它天生就可以正确扩展。在相同的 RGB = (255,255,2) 示例上使用新的 K 会导致更合理的 RGBW = (255,255,0,2)。

把它们放在一起：

M = max(Ri,Gi,Bi)
m = min(Ri,Gi,Bi)

Wo = if (m/M < 0.5) use ( (m*M) / (M-m) ) else M 
K = (Wo + M) / M
Ro = floor[ ( K * Ri ) - Wo ]
Go = floor[ ( K * Gi ) - Wo ]
Bo = floor[ ( K * Bi ) - Wo ]

【讨论】：

【解决方案4】：

有点晚了，但这似乎仍然是一件很难找到工具的事情。

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

【讨论】：