回答編集履歴
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追記
test
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- 「色合い」が色相のことをいうなら
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やっておられる演算の前後で色合いは変わらないということになるでしょう。
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- 「色合い」が「色相」と「彩度」なら
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ご質問の計算で元の「色相」と「彩度」を再現するにはepistemeさんがおっしゃるように元の画像へ戻すしかないような気がします。
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「色相」と「彩度」を保ったまま「明度のみを変更したい」ならnullbotさんがおっしゃるようにあらかじめ「カラー画像をHSV空間へ変換してから明度のみに対してグレー画像との演算をする」としないといけないと思います。
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(ここでいっている、色相と彩度は色彩学?的な厳密は話になると変わってくるかも知れません。OpenCVでのRGB,HSB空間が何に基づいているか知らないのですが、例えばJavaなどの標準ライブラリーにあるColorクラスでのRGB, HSB空間での対応では上記の話のとおりになります。)
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追記:言いたいことは「色合い」という曖昧な言葉ではなく「色相」「彩度」「明度」などの明確な用語を使わないと読む人によって受け取り方が変わってくるのではないかという点です。
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自分は色合いと聞くとどちらかといえば「色相」をイメージしますが、「色相」と「彩度」の両方であるような気もします(どっちかはっきりしません)。
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