thumb|upright=1.3|Fig. 1. HSL (a–d) e HSV (e–h). Acima (a, e): modelos tridimensionais em corte de cada um. Abaixo: representações bidimensionais que mostram dois dos três parâmetros de cada modelo de uma só vez, mantendo o outro constante: superfícies cilíndricas (b, f) de saturação constante, neste caso a superfície externa de cada cilindro; seções transversais horizontais (c, g) de luminosidade HSL ou valor HSV constantes, neste caso as fatias a meio caminho da altura de cada cilindro; e seções transversais verticais retangulares (d, h) de matiz constante, neste caso dos matizes vermelho a 0° e seu complementar ciano a 180°.|alt=Modelos tridimensionais e cortes dos cilindros HSL e HSV, comparados lado a lado. HSL e HSV são as duas representações em coordenadas cilíndricas mais comuns de pontos em um modelo de cores RGB. As duas representações reorganizam a geometria do RGB na tentativa de serem mais intuitivas e mais relevantes do ponto de vista da percepção de cores do que a representação cartesiana (cúbica). Desenvolvidos na década de 1970 para aplicações de computação gráfica, HSL e HSV são usados atualmente em seletores de cores, programas de edição de imagem e, com menor frequência, em análise de imagem e visão computacional.
HSL é a sigla de hue, saturation e lightness (matiz, saturação e luminosidade) e também é frequentemente denominado HLS. HSV é a sigla de hue, saturation e value (matiz, saturação e valor) e também é frequentemente denominado HSB (B de brightness, «brilhância»). Um terceiro modelo, comum em aplicações de visão computacional, é o HSI, de hue, saturation e intensity (matiz, saturação e intensidade). No entanto, embora em geral sejam coerentes, essas definições não são padronizadas, e qualquer uma dessas abreviações pode ser usada para qualquer um desses três modelos ou para vários outros modelos cilíndricos relacionados. (Para as definições técnicas desses termos, ver abaixo.)
Em cada cilindro, o ângulo em torno do eixo vertical central corresponde ao «matiz», a distância ao eixo corresponde à «saturação» e a distância ao longo do eixo corresponde à «luminosidade», ao «valor» ou à «brilhância». Observe que, embora «matiz» em HSL e HSV se refira ao mesmo atributo, suas definições de «saturação» diferem drasticamente. Como HSL e HSV são transformações simples de modelos RGB dependentes do dispositivo, as cores físicas por eles definidas dependem das cores das primárias vermelha, verde e azul do dispositivo ou do espaço RGB específico, bem como da correção gama usada para representar as quantidades dessas primárias. Assim, cada dispositivo RGB específico possui espaços HSL e HSV específicos correspondentes, e valores numéricos HSL ou HSV descrevem uma cor diferente para cada espaço RGB de base.Ver espaço de cores absoluto.
Ambas as representações são amplamente usadas em computação gráfica, e uma delas costuma ser mais conveniente do que o RGB; contudo, ambas também são criticadas por não separarem adequadamente os atributos de formação da cor ou por não apresentarem uniformidade perceptual. Afirma-se que outros modelos de maior custo computacional, como CIELAB ou CIECAM02, atingem melhor esses objetivos.
Princípio básico
HSL e HSV são, ambos, geometrias cilíndricas (), nas quais o matiz, sua dimensão angular, começa na primária vermelha a 0°, passa pela primária verde a 120° e pela primária azul a 240° e, então, retorna ao vermelho a 360°. Em cada geometria, o eixo vertical central compreende as cores neutras, acromáticas ou cinzentas, variando, de cima para baixo, do branco com luminosidade 1 (valor 1) ao preto com luminosidade 0 (valor 0).
Em ambas as geometrias, as cores primárias aditivas e as cores secundárias — vermelho, amarelo, verde, ciano, azul e magenta —, bem como as misturas lineares entre pares adjacentes dessas cores, às vezes chamadas de cores puras, são dispostas ao redor da borda externa do cilindro com saturação 1. Essas cores saturadas têm luminosidade 0,5 no HSL, enquanto no HSV têm valor 1. Misturar essas cores puras com preto — produzindo as chamadas cores escurecidas (shades) — mantém a saturação inalterada. No HSL, a saturação também permanece inalterada ao se adicionar branco, e apenas misturas com preto e branco — chamadas tons — apresentam saturação inferior a 1. No HSV, a adição apenas de branco reduz a saturação.
Como essas definições de saturação — nas quais cores quase neutras muito escuras (em ambos os modelos) ou muito claras (no HSL) são consideradas totalmente saturadas (por exemplo, na parte inferior direita do cilindro HSL fatiado ou na parte superior direita) — entram em conflito com a noção intuitiva de pureza da cor, muitas vezes se desenha, em seu lugar, um sólido cônico ou bicônico (), tendo aquilo que este artigo denomina croma como dimensão radial (igual à amplitude dos valores RGB), em vez da saturação (na qual a saturação é igual ao croma dividido pelo croma máximo daquela fatia do (bi)cone). De maneira confusa, esses diagramas normalmente rotulam essa dimensão radial como «saturação», obscurecendo ou eliminando a distinção entre saturação e croma. Como descrito abaixo, calcular o croma é uma etapa útil na derivação de cada modelo. Como um modelo intermediário desse tipo — com as dimensões matiz, croma e valor HSV ou luminosidade HSL — assume a forma de um cone ou bicone, o HSV é frequentemente denominado «modelo hexcone», enquanto o HSL é frequentemente denominado «modelo bi-hexcone» ().
Motivação
A maioria dos televisores, monitores de computador e projetores produz cores combinando luz vermelha, verde e azul em diferentes intensidades — as chamadas primárias RGB aditivas. As misturas resultantes no espaço de cores RGB podem reproduzir uma ampla variedade de cores (denominada gama); contudo, a relação entre as quantidades constituintes de luz vermelha, verde e azul e a cor resultante é pouco intuitiva, especialmente para usuários inexperientes e para usuários familiarizados com a síntese subtrativa de tintas ou com modelos tradicionais de artistas baseados em cores clareadas e escurecidas (). Além disso, nem os modelos aditivos nem os subtrativos definem relações entre cores da mesma maneira que o olho humano.
Por exemplo, imagine um monitor RGB cuja cor seja controlada por três controles deslizantes variando de , um para controlar a intensidade de cada uma das primárias vermelha, verde e azul. Se começarmos com um laranja relativamente colorido , com valores sRGB , , , e quisermos reduzir seu colorido pela metade para obter um laranja menos saturado , seria necessário mover os controles para diminuir R em 31, aumentar G em 14 e aumentar B em 59, como ilustrado abaixo. 300px|alt=Controles RGB mostram a transformação de um laranja vivo em um laranja menos saturado.
A partir da década de 1950, transmissões de televisão em cores empregaram um sistema de cores compatíveis no qual os sinais de «luminância» e «crominância» eram codificados separadamente, permitindo que televisores em preto e branco existentes e não modificados continuassem a receber transmissões em cores e exibissem uma imagem monocromática.A patente original dessa ideia foi de Georges Valensi, em 1938:
Em uma tentativa de acomodar modelos de mistura de cores mais tradicionais e intuitivos, pioneiros da computação gráfica no PARC e no NYIT introduziram o modelo HSV para tecnologia de monitores de computador em meados da década de 1970, descrito formalmente por Alvy Ray SmithSmith (1978) na edição de agosto de 1978 de Computer Graphics. Na mesma edição, Joblove e GreenbergJoblove e Greenberg (1978) descreveram o modelo HSL — cujas dimensões chamaram de hue («matiz»), relative chroma («croma relativo») e intensity («intensidade») — e o compararam ao HSV (). Seu modelo se baseava mais na forma como as cores são organizadas e conceituadas na visão humana em termos de outros atributos de formação da cor, como matiz, luminosidade e croma, bem como em métodos tradicionais de mistura de cores — por exemplo, na pintura — que envolvem misturar pigmentos de cores vivas com preto ou branco para obter cores mais claras, mais escuras ou menos coloridas.
No ano seguinte, 1979, durante a SIGGRAPH, a Tektronix apresentou terminais gráficos que usavam HSL para especificar cores, e o Computer Graphics Standards Committee recomendou seu uso em seu relatório anual de situação (). Esses modelos eram úteis não apenas porque eram mais intuitivos do que valores RGB brutos, mas também porque as conversões de e para RGB eram extremamente rápidas de calcular: podiam ser executadas em tempo real no hardware da década de 1970. Consequentemente, esses modelos e outros semelhantes se tornaram onipresentes em programas de edição de imagens e software gráfico desde então. Alguns de seus usos são descritos abaixo.Maureen C. Stone (agosto de 2001). "A Survey of Color for Computer Graphics". Curso na SIGGRAPH 2001.
Derivação formal thumb|right|300px|Fig. 8. Derivação geométrica das representações cilíndricas HSL e HSV de um «cubo de cores» RGB.|alt=Um diagrama semelhante a um fluxograma mostra a derivação do HSL, do HSV e de um modelo luma/croma/matiz. No topo há um «cubo de cores» RGB que, na primeira etapa, é inclinado sobre um de seus vértices, de modo que o preto fique na parte inferior e o branco na parte superior. Na etapa seguinte, os três modelos divergem, e a altura de vermelho, amarelo, verde, ciano, azul e magenta é definida com base na fórmula de luminosidade, valor ou luma: no HSV, todas essas seis cores são colocadas no plano que contém o branco, formando uma pirâmide hexagonal invertida; no HSL, as seis são colocadas em um plano a meio caminho entre o branco e o preto, formando uma bipirâmide; no modelo luma/croma/matiz, a altura é determinada pela fórmula aproximada luma igual a 0,3 vezes vermelho mais 0,6 vezes verde mais 0,1 vezes azul. Na etapa seguinte, cada fatia horizontal de HSL e HSV é expandida para preencher um prisma hexagonal de largura uniforme, enquanto o modelo luma/croma/matiz é simplesmente inserido nesse prisma sem modificação. Como etapa final, os prismas hexagonais dos três modelos são deformados em cilindros, refletindo a natureza da definição de matiz e saturação ou croma. Para detalhes completos e formalismo matemático, leia o restante desta seção.
Atributos de formação da cor
As dimensões das geometrias HSL e HSV — transformações simples do modelo RGB, que não é baseado na percepção — não se relacionam diretamente com os atributos fotométricos de formação da cor de mesmos nomes, conforme definidos por cientistas e organizações como a CIE ou a ASTM. Ainda assim, vale a pena revisar essas definições antes de passar à derivação de nossos modelos. Para as definições dos atributos de formação da cor apresentadas a seguir, ver:Kuehni (2003)Poynton (1997)
Matiz O «atributo de uma sensação visual segundo o qual uma área parece ser semelhante a uma das cores percebidas: vermelho, amarelo, verde e azul, ou a uma combinação de duas delas». Radiância (Le,Ω) A potência radiante da luz que atravessa determinada superfície por unidade de ângulo sólido e por unidade de área projetada, medida no SI em watt por esferorradiano por metro quadrado (). Luminância (Y ou Lv,Ω) A radiância ponderada pelo efeito de cada comprimento de onda sobre um observador humano típico, medida no SI em candela por metro quadrado (). Frequentemente, o termo luminância é usado para a luminância relativa, Y/Yn, em que Yn é a luminância do ponto branco de referência. Luma () A soma ponderada dos valores , e com correção gama, usada em , na compressão JPEG e na transmissão de vídeo. Brilhância (ou valor) O «atributo de uma sensação visual segundo o qual uma área parece emitir mais ou menos luz». Luminosidade A «brilhância relativa à brilhância de um branco iluminado de forma semelhante». Colorido O «atributo de uma sensação visual segundo o qual a cor percebida de uma área parece ser mais ou menos cromática».