计算一系列值的 RGB 值以创建热图

Question

我正在尝试使用 python 创建热图。为此，我必须为可能值范围内的每个值分配一个 RGB 值。我想将颜色从蓝色（最小值）通过绿色更改为红色（最大值）。

下面的图片示例说明了我是如何想到颜色组合的：我们有一个从 1（纯蓝色）到 3（纯红色）的范围，2 介于两者之间，类似于绿色。

我阅读了线性插值并编写了一个函数（或多或少）处理最小值和最大值之间范围内某个值的计算并返回一个 RGB 元组。它使用if 和elif 条件（这并不让我完全高兴）：

def convert_to_rgb(minimum, maximum, value):
    minimum, maximum = float(minimum), float(maximum)    
    halfmax = (minimum + maximum) / 2
    if minimum <= value <= halfmax:
        r = 0
        g = int( 255./(halfmax - minimum) * (value - minimum))
        b = int( 255. + -255./(halfmax - minimum)  * (value - minimum))
        return (r,g,b)    
    elif halfmax < value <= maximum:
        r = int( 255./(maximum - halfmax) * (value - halfmax))
        g = int( 255. + -255./(maximum - halfmax)  * (value - halfmax))
        b = 0
        return (r,g,b)

但是我想知道是否可以使用if 条件为每个颜色值编写一个函数没有。有人有想法吗？非常感谢！

Answer 1

这是另一种方法，虽然不是尽可能短，但更通用，因为它没有针对您的特定颜色集进行硬编码。这意味着它还可用于在任意颜色的可变大小调色板上线性插值指定范围的值。

另请注意，颜色可能已在其他颜色空间中插值，得到的结果可能比其他颜色空间更令人愉悦。从我提交给一个名为 Range values to pseudocolor 的相关问题的两个单独答案获得的不同结果中就说明了这一点。

import sys
EPSILON = sys.float_info.epsilon  # Smallest possible difference.

def convert_to_rgb(minval, maxval, val, colors):
    # `colors` is a series of RGB colors delineating a series of
    # adjacent linear color gradients between each pair.

    # Determine where the given value falls proportionality within
    # the range from minval->maxval and scale that fractional value
    # by the total number in the `colors` palette.
    i_f = float(val-minval) / float(maxval-minval) * (len(colors)-1)

    # Determine the lower index of the pair of color indices this
    # value corresponds and its fractional distance between the lower
    # and the upper colors.
    i, f = int(i_f // 1), i_f % 1  # Split into whole & fractional parts.

    # Does it fall exactly on one of the color points?
    if f < EPSILON:
        return colors[i]
    else: # Return a color linearly interpolated in the range between it and 
          # the following one.
        (r1, g1, b1), (r2, g2, b2) = colors[i], colors[i+1]
        return int(r1 + f*(r2-r1)), int(g1 + f*(g2-g1)), int(b1 + f*(b2-b1))

if __name__ == '__main__':
    minval, maxval = 1, 3
    steps = 10
    delta = float(maxval-minval) / steps
    colors = [(0, 0, 255), (0, 255, 0), (255, 0, 0)]  # [BLUE, GREEN, RED]
    print('  Val       R    G    B')
    for i in range(steps+1):
        val = minval + i*delta
        r, g, b = convert_to_rgb(minval, maxval, val, colors)
        print('{:.3f} -> ({:3d}, {:3d}, {:3d})'.format(val, r, g, b))

数值输出：

  Val       R    G    B
1.000 -> (  0,   0, 255)
1.200 -> (  0,  50, 204)
1.400 -> (  0, 101, 153)
1.600 -> (  0, 153, 101)
1.800 -> (  0, 204,  50)
2.000 -> (  0, 255,   0)
2.200 -> ( 51, 203,   0)
2.400 -> (102, 152,   0)
2.600 -> (153, 101,   0)
2.800 -> (203,  51,   0)
3.000 -> (255,   0,   0)

这是可视化为水平渐变的输出：

Answer 2

“我们在对数尺度上感知光强度 – 指数强度斜坡将被视为线性 坡道”https://courses.cs.washington.edu/courses/cse455/09wi/Lects/lect11.pdf

来自https://en.wikipedia.org/wiki/RGB_color_model：“输入强度 RGB 值 (0.5, 0.5, 0.5) 仅输出大约 22% 的全亮度 (1.0, 1.0, 1.0)，而不是 50%”

这会导致 @martineau 示例中 2.5 处的褐色污迹，它应该是黄色的，而 1.5 处的青色应该是为了获得适当的色调渐变。

因此，用于获取渐变的公式不一定是您想要的。 （抱歉没有直接回答你的问题）

但转换为 HSV 或 HLS 颜色空间模型并使用 H（用于色调）并将其用作输入，然后转换回 RGB 用于显示目的可能会很方便。 即：

colorsys.hsv_to_rgb(value, 1, 1)

https://docs.python.org/2/library/colorsys.html

Answer 3

def rgb(minimum, maximum, value):
    minimum, maximum = float(minimum), float(maximum)
    ratio = 2 * (value-minimum) / (maximum - minimum)
    b = int(max(0, 255*(1 - ratio)))
    r = int(max(0, 255*(ratio - 1)))
    g = 255 - b - r
    return r, g, b

Answer 4

您通常可以消除带有两个值数组索引的if。 Python 缺少三元条件运算符，但这是可行的：

r = [red_curve_1, red_curve_2][value>=halfmax]
g = [green_curve_1, green_curve_2][value>=halfmax]
b = [blue_curve_1, blue_curve_2][value>=halfmax]

将*_curve_1 和*_curve_2 表达式分别替换为中点左侧或右侧的常数或斜率或曲线。

我会把这些替换留给你，但是例如：

• red_curve_1 和 blue_curve_2 只是 0
• green_curve_1 是 255*(value-minimum)/(halfmax-minimum)
• 等