如何复现Photoshop亮度提升操作？求对应数学公式及C#实现

我已经掌握通过HSV提升颜色Value值的方法，但这种方式是对所有色调统一增幅，容易导致颜色泛白；而Photoshop的亮度操作会差异化处理不同色调，效果更自然。现在需要基于输入RGB颜色和亮度增量，通过数学公式计算出调整后的RGB颜色（示例中亮度增量为150）。

以下是基础代码框架：

// ARGB color
public Color m_color = new Color(255, 255, 0, 255);

public Color IncreaseBrightness(Color colorToModify, float brightnessAmount)
{
    Color newColor = colorToModify;

    // 使用Photoshop公式按brightnessAmount提升newColor的RGB亮度（待实现）

    return newColor;
}

// 调用示例，需达到示例图片中的效果
IncreaseBrightness(m_color, 150f);

实现逻辑 #

Photoshop的「亮度/对比度」调整并非对RGB通道做线性增益，而是基于sRGB色彩空间与线性光转换的非线性映射，核心是对暗部区域的增益大于高光区域，避免高光过曝泛白。完整步骤如下：

1. sRGB转线性RGB：将0-255的通道值转换为线性光空间，这是PS调整的基础
2. 应用亮度调整公式：根据亮度增量对线性光值做差异化增益
3. 线性RGB转回sRGB：将调整后的线性值转换回标准sRGB范围

关键公式 #

• sRGB转线性RGB：

  linear = norm <= 0.04045 ? norm / 12.92 : pow((norm + 0.055)/1.055, 2.4)
  

  其中norm是通道值归一化到0-1的结果

• 亮度调整（适配PS滑块范围[-100,100]）：

  if brightness >= 0:
      adjusted_linear = linear + (1 - linear) * (brightness / 100)
  else:
      adjusted_linear = linear * (1 + brightness / 100)
  

• 线性RGB转回sRGB：

  norm = adjusted_linear <= 0.0031308 ? adjusted_linear * 12.92 : 1.055 * pow(adjusted_linear, 1/2.4) - 0.055
  

完整C#代码实现 #

using System;
using System.Drawing;

public class BrightnessAdjuster
{
    public Color m_color = Color.FromArgb(255, 255, 0, 255);

    public Color IncreaseBrightness(Color colorToModify, float brightnessAmount)
    {
        // 将输入的亮度增量（示例150）转换为PS滑块的[-100,100]范围
        float psBrightness = brightnessAmount - 100f;

        // 处理红色通道
        byte rAdjusted = AdjustChannel(colorToModify.R, psBrightness);
        // 处理绿色通道
        byte gAdjusted = AdjustChannel(colorToModify.G, psBrightness);
        // 处理蓝色通道
        byte bAdjusted = AdjustChannel(colorToModify.B, psBrightness);

        return Color.FromArgb(colorToModify.A, rAdjusted, gAdjusted, bAdjusted);
    }

    private byte AdjustChannel(byte channelValue, float brightness)
    {
        // 归一化到0-1
        float norm = channelValue / 255f;
        // 转线性光
        float linear = sRgbToLinear(norm);
        // 应用亮度调整
        float adjustedLinear = ApplyBrightness(linear, brightness);
        // 转回sRGB并转为字节
        return linearToSRgb(adjustedLinear);
    }

    private float sRgbToLinear(float norm)
    {
        return norm <= 0.04045f ? norm / 12.92f : (float)Math.Pow((norm + 0.055f) / 1.055f, 2.4f);
    }

    private byte linearToSRgb(float linear)
    {
        float norm = linear <= 0.0031308f ? linear * 12.92f : (float)(1.055f * Math.Pow(linear, 1 / 2.4f) - 0.055f);
        // 限制在0-1范围内，避免溢出
        norm = Math.Clamp(norm, 0f, 1f);
        return (byte)Math.Round(norm * 255f);
    }

    private float ApplyBrightness(float linearValue, float brightness)
    {
        float adjusted;
        if (brightness >= 0)
        {
            // 提升亮度：暗部增益更大
            adjusted = linearValue + (1 - linearValue) * (brightness / 100f);
        }
        else
        {
            // 降低亮度：高光衰减更小
            adjusted = linearValue * (1 + brightness / 100f);
        }
        return Math.Clamp(adjusted, 0f, 1f);
    }

    // 测试调用
    public void RunTest()
    {
        Color adjustedColor = IncreaseBrightness(m_color, 150f);
        // 输出调整后的颜色值，应匹配PS中亮度+50的效果
        Console.WriteLine($"调整后颜色：A={adjustedColor.A}, R={adjustedColor.R}, G={adjustedColor.G}, B={adjustedColor.B}");
    }
}

说明 #

• 代码中brightnessAmount参数若传入150，对应Photoshop亮度滑块调至+50的效果（PS滑块范围为-100到+100，这里将0映射为-100，200映射为+100），可根据需求调整转换逻辑
• 通过sRGB与线性光的转换，完全模拟PS的色彩空间调整逻辑，解决HSV Value提升导致的泛白问题
• 所有计算都做了区间限制，确保最终RGB值在0-255的有效范围内

内容的提问来源于stack exchange，提问作者flask