RGB与HSL颜色系统的转换方法介绍

在遥感数字图像中，计算机对每一幅影像的色彩存储一般使用RGB模型。对一个像素，它分别存储该像素对应的RGB分量。例如对某一像素（255，255，0），它用三个字节分别存储255，255，0；显示的时候显示器也使用RGB模型，根据加色原理，该像素显示的为标准的黄色。

但是当图像显示在显示器上时，在人眼观察这个黄色像素时，人的大脑却不使用RGB模型，而是从色调、亮度、饱和度去认识和感知这个像素，这就是人们不自觉地在使用孟塞尔颜色体系。加色原理与孟塞尔体系所用的参数是不同的，因此为了方便人们对图像中颜色的修改，需要进行RGB模型与HSL模型之间的相互转换。

把RGB色彩模型系统变换为HSL系统称为HSL正变换；将HSL系统变换为RGB系统称为HSL逆变换。当彩色合成图像的各个波段之间的相关性很高时，会使合成图像的饱和度偏低；如果色调变化不大，那么图像的视觉效果就比较差。此时人们会按视觉效果改变和调整图像的饱和度、亮度，然后再显示出来。这样图像需要经历三个过程：①从RGB到HSL的正变换；②人们对HSL中的H、S、L的改变；③HSL逆变换，还原为RGB，进行存储并显示在屏幕中。由于RGB与HSL的颜色空间并不是完全对等的，因此从RGB到HSL的变换有多种变换方法，本书介绍下面两种最常见的方法。

1.球体变换

RGB到HSL的转换算法如下：

设RGB的颜色为（LR，LG，LB），设Lmax为LR，LG，LB的最大值，Lmin为LR，LG，LB的最小值，LR，LG，LB取值区间为[0，1]；

（1）亮度L的计算公式：L=（Lmax+Lmin）/2

特殊情形，当Lmax=Lmin，此时有Lmax=LR=LG=LB=Lmin，表明颜色为灰色，此时S=0，H不表示任何颜色。

（2）饱和度S的计算，分两种情况：

若L≤0.5，则S=（Lmax-Lmin）/（Lmax+Lmin）

当L>0.5，则S=（Lmax-Lmin）/（2-Lmax-Lmin）

（3）色调H的计算公式如下，分三种情形：

当Lmax=LR时，H=60×（LG-LB）/（Lmax+Lmin），颜色处于黄色和品红之间；

当Lmax=LG时，H=120+60×（LB-LR）/（Lmax+Lmin），颜色处于青色与黄色之间；

当Lmax=LB时，H=240+60×（LR-LG）/（Lmax+Lmin），颜色处于品红和青色之间；(www.xing528.com)

如果上述计算H出现负值，则增加360，因为H为周期函数。

【例5-1】把RGB（0，128，128）转换为HSL颜色系统。

【解】（1）先把RGB（0，128，128）转化为[0，1]区间的取值，即：

RGB(0/256,128/256,128/256)=RGB（0,0.5,0.5）；

（2）根据公式，计算亮度L∶L=（Lmax+Lmin）/2=（0.5+0）/2=0.25；

因为L≤0.5，所以1＝，表示纯色；

因为Lmax=LG，所以

查看颜色圆锥体，此时颜色为青色。故RGB（0，128，128）=HSL（180，1，0.25）。

2.圆柱体变换

RGB到HSL的转换算法如下：设RGB的颜色为（LR，LG，LB），

（2）饱和度S的计算：

（3）色调H的计算公式如下：

通过以上算法可以把RGB模式转换为HSL模式，从而实现对色彩特性的定量表示。当然，对上述公式求逆运算，就是HSL逆变换，即将整个HSL图像变换回原始的RGB空间中。