Converter frequência de luz para RGB?
https://stackoverflow.com/questions/1472514
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16-09-2019 - |
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Alguém sabe de qualquer fórmula para converter uma freqüência de luz para um valor RGB?
Solução
Aqui está uma explicação detalhada de todo o processo de conversão: http://www.fourmilab.ch/documents / specrend ??/ . O código-fonte incluído!
Outras dicas
Para os rapazes preguiçosos (como eu), aqui é uma implementação em Java do código encontrado em resposta @ user151323 's (isto é, apenas uma simples tradução do código pascal encontrado em Relatório Lab Spectra ):
static private double Gamma = 0.80;
static private double IntensityMax = 255;
/** Taken from Earl F. Glynn's web page:
* <a href="http://www.efg2.com/Lab/ScienceAndEngineering/Spectra.htm">Spectra Lab Report</a>
* */
public static int[] waveLengthToRGB(double Wavelength){
double factor;
double Red,Green,Blue;
if((Wavelength >= 380) && (Wavelength<440)){
Red = -(Wavelength - 440) / (440 - 380);
Green = 0.0;
Blue = 1.0;
}else if((Wavelength >= 440) && (Wavelength<490)){
Red = 0.0;
Green = (Wavelength - 440) / (490 - 440);
Blue = 1.0;
}else if((Wavelength >= 490) && (Wavelength<510)){
Red = 0.0;
Green = 1.0;
Blue = -(Wavelength - 510) / (510 - 490);
}else if((Wavelength >= 510) && (Wavelength<580)){
Red = (Wavelength - 510) / (580 - 510);
Green = 1.0;
Blue = 0.0;
}else if((Wavelength >= 580) && (Wavelength<645)){
Red = 1.0;
Green = -(Wavelength - 645) / (645 - 580);
Blue = 0.0;
}else if((Wavelength >= 645) && (Wavelength<781)){
Red = 1.0;
Green = 0.0;
Blue = 0.0;
}else{
Red = 0.0;
Green = 0.0;
Blue = 0.0;
};
// Let the intensity fall off near the vision limits
if((Wavelength >= 380) && (Wavelength<420)){
factor = 0.3 + 0.7*(Wavelength - 380) / (420 - 380);
}else if((Wavelength >= 420) && (Wavelength<701)){
factor = 1.0;
}else if((Wavelength >= 701) && (Wavelength<781)){
factor = 0.3 + 0.7*(780 - Wavelength) / (780 - 700);
}else{
factor = 0.0;
};
int[] rgb = new int[3];
// Don't want 0^x = 1 for x <> 0
rgb[0] = Red==0.0 ? 0 : (int) Math.round(IntensityMax * Math.pow(Red * factor, Gamma));
rgb[1] = Green==0.0 ? 0 : (int) Math.round(IntensityMax * Math.pow(Green * factor, Gamma));
rgb[2] = Blue==0.0 ? 0 : (int) Math.round(IntensityMax * Math.pow(Blue * factor, Gamma));
return rgb;
}
A propósito, esta multa funciona para mim.
ideia geral:
- CEI funções de correspondência de cores para converter comprimento de onda para cor XYZ .
- Convert XYZ RGB
- componentes clipe para [0..1] e multiplicar por 255 para se encaixar no intervalo de bytes não assinado.
Passos 1 e 2 pode variar.
Existem várias funções de correspondência de cores, disponível como tabelas ou como aproximações analíticas (sugerido por @Tarc e @Haochen Xie). Tabelas são melhores se você precisa de um resultado pre?ise suave.
Não existe um único espaço de cor RGB. múltiplas matrizes de transformação e podem ser utilizados diferentes tipos de correção de gama.
Abaixo está o código C # eu vim com recentemente. Ele usa interpolação linear sobre a mesa de "CIE 1964 observador padrão" e correção sRGB matriz + gamma .
static class RgbCalculator {
const int
LEN_MIN = 380,
LEN_MAX = 780,
LEN_STEP = 5;
static readonly double[]
X = {
0.000160, 0.000662, 0.002362, 0.007242, 0.019110, 0.043400, 0.084736, 0.140638, 0.204492, 0.264737,
0.314679, 0.357719, 0.383734, 0.386726, 0.370702, 0.342957, 0.302273, 0.254085, 0.195618, 0.132349,
0.080507, 0.041072, 0.016172, 0.005132, 0.003816, 0.015444, 0.037465, 0.071358, 0.117749, 0.172953,
0.236491, 0.304213, 0.376772, 0.451584, 0.529826, 0.616053, 0.705224, 0.793832, 0.878655, 0.951162,
1.014160, 1.074300, 1.118520, 1.134300, 1.123990, 1.089100, 1.030480, 0.950740, 0.856297, 0.754930,
0.647467, 0.535110, 0.431567, 0.343690, 0.268329, 0.204300, 0.152568, 0.112210, 0.081261, 0.057930,
0.040851, 0.028623, 0.019941, 0.013842, 0.009577, 0.006605, 0.004553, 0.003145, 0.002175, 0.001506,
0.001045, 0.000727, 0.000508, 0.000356, 0.000251, 0.000178, 0.000126, 0.000090, 0.000065, 0.000046,
0.000033
},
Y = {
0.000017, 0.000072, 0.000253, 0.000769, 0.002004, 0.004509, 0.008756, 0.014456, 0.021391, 0.029497,
0.038676, 0.049602, 0.062077, 0.074704, 0.089456, 0.106256, 0.128201, 0.152761, 0.185190, 0.219940,
0.253589, 0.297665, 0.339133, 0.395379, 0.460777, 0.531360, 0.606741, 0.685660, 0.761757, 0.823330,
0.875211, 0.923810, 0.961988, 0.982200, 0.991761, 0.999110, 0.997340, 0.982380, 0.955552, 0.915175,
0.868934, 0.825623, 0.777405, 0.720353, 0.658341, 0.593878, 0.527963, 0.461834, 0.398057, 0.339554,
0.283493, 0.228254, 0.179828, 0.140211, 0.107633, 0.081187, 0.060281, 0.044096, 0.031800, 0.022602,
0.015905, 0.011130, 0.007749, 0.005375, 0.003718, 0.002565, 0.001768, 0.001222, 0.000846, 0.000586,
0.000407, 0.000284, 0.000199, 0.000140, 0.000098, 0.000070, 0.000050, 0.000036, 0.000025, 0.000018,
0.000013
},
Z = {
0.000705, 0.002928, 0.010482, 0.032344, 0.086011, 0.197120, 0.389366, 0.656760, 0.972542, 1.282500,
1.553480, 1.798500, 1.967280, 2.027300, 1.994800, 1.900700, 1.745370, 1.554900, 1.317560, 1.030200,
0.772125, 0.570060, 0.415254, 0.302356, 0.218502, 0.159249, 0.112044, 0.082248, 0.060709, 0.043050,
0.030451, 0.020584, 0.013676, 0.007918, 0.003988, 0.001091, 0.000000, 0.000000, 0.000000, 0.000000,
0.000000, 0.000000, 0.000000, 0.000000, 0.000000, 0.000000, 0.000000, 0.000000, 0.000000, 0.000000,
0.000000, 0.000000, 0.000000, 0.000000, 0.000000, 0.000000, 0.000000, 0.000000, 0.000000, 0.000000,
0.000000, 0.000000, 0.000000, 0.000000, 0.000000, 0.000000, 0.000000, 0.000000, 0.000000, 0.000000,
0.000000, 0.000000, 0.000000, 0.000000, 0.000000, 0.000000, 0.000000, 0.000000, 0.000000, 0.000000,
0.000000
};
static readonly double[]
MATRIX_SRGB_D65 = {
3.2404542, -1.5371385, -0.4985314,
-0.9692660, 1.8760108, 0.0415560,
0.0556434, -0.2040259, 1.0572252
};
public static byte[] Calc(double len) {
if(len < LEN_MIN || len > LEN_MAX)
return new byte[3];
len -= LEN_MIN;
var index = (int)Math.Floor(len / LEN_STEP);
var offset = len - LEN_STEP * index;
var x = Interpolate(X, index, offset);
var y = Interpolate(Y, index, offset);
var z = Interpolate(Z, index, offset);
var m = MATRIX_SRGB_D65;
var r = m[0] * x + m[1] * y + m[2] * z;
var g = m[3] * x + m[4] * y + m[5] * z;
var b = m[6] * x + m[7] * y + m[8] * z;
r = Clip(GammaCorrect_sRGB(r));
g = Clip(GammaCorrect_sRGB(g));
b = Clip(GammaCorrect_sRGB(b));
return new[] {
(byte)(255 * r),
(byte)(255 * g),
(byte)(255 * b)
};
}
static double Interpolate(double[] values, int index, double offset) {
if(offset == 0)
return values[index];
var x0 = index * LEN_STEP;
var x1 = x0 + LEN_STEP;
var y0 = values[index];
var y1 = values[1 + index];
return y0 + offset * (y1 - y0) / (x1 - x0);
}
static double GammaCorrect_sRGB(double c) {
if(c <= 0.0031308)
return 12.92 * c;
var a = 0.055;
return (1 + a) * Math.Pow(c, 1 / 2.4) - a;
}
static double Clip(double c) {
if(c < 0)
return 0;
if(c > 1)
return 1;
return c;
}
}
Resultado para o intervalo de 400-700 nm:
Embora esta é uma questão de idade e já recebe um punhado boas respostas, quando tentei implementar essa funcionalidade de conversão no meu aplicativo eu não estava satisfeito com os algoritmos já listadas aqui e fiz minha própria pesquisa, que me deu algum resultado bom . Então, eu estou indo para postar uma nova resposta.
Depois de alguns Investigações me deparei com este papel, simples Analytic Aproximações às funções de correspondência CIE XYZ Cor , e tentou adotar o piecewise algoritmo de ajuste Gaussian multi-lobo introduzido em meu aplicativo. O papel somente as funções descritas para converter um comprimento de onda para o correspondente XYZ , por isso implementada uma função de XYZ convertido para RGB no espaço cor RGB e combinou-os. O resultado é fantástico e vale a pena compartilhar:
/**
* Convert a wavelength in the visible light spectrum to a RGB color value that is suitable to be displayed on a
* monitor
*
* @param wavelength wavelength in nm
* @return RGB color encoded in int. each color is represented with 8 bits and has a layout of
* 00000000RRRRRRRRGGGGGGGGBBBBBBBB where MSB is at the leftmost
*/
public static int wavelengthToRGB(double wavelength){
double[] xyz = cie1931WavelengthToXYZFit(wavelength);
double[] rgb = srgbXYZ2RGB(xyz);
int c = 0;
c |= (((int) (rgb[0] * 0xFF)) & 0xFF) << 16;
c |= (((int) (rgb[1] * 0xFF)) & 0xFF) << 8;
c |= (((int) (rgb[2] * 0xFF)) & 0xFF) << 0;
return c;
}
/**
* Convert XYZ to RGB in the sRGB color space
* <p>
* The conversion matrix and color component transfer function is taken from http://www.color.org/srgb.pdf, which
* follows the International Electrotechnical Commission standard IEC 61966-2-1 "Multimedia systems and equipment -
* Colour measurement and management - Part 2-1: Colour management - Default RGB colour space - sRGB"
*
* @param xyz XYZ values in a double array in the order of X, Y, Z. each value in the range of [0.0, 1.0]
* @return RGB values in a double array, in the order of R, G, B. each value in the range of [0.0, 1.0]
*/
public static double[] srgbXYZ2RGB(double[] xyz) {
double x = xyz[0];
double y = xyz[1];
double z = xyz[2];
double rl = 3.2406255 * x + -1.537208 * y + -0.4986286 * z;
double gl = -0.9689307 * x + 1.8757561 * y + 0.0415175 * z;
double bl = 0.0557101 * x + -0.2040211 * y + 1.0569959 * z;
return new double[] {
srgbXYZ2RGBPostprocess(rl),
srgbXYZ2RGBPostprocess(gl),
srgbXYZ2RGBPostprocess(bl)
};
}
/**
* helper function for {@link #srgbXYZ2RGB(double[])}
*/
private static double srgbXYZ2RGBPostprocess(double c) {
// clip if c is out of range
c = c > 1 ? 1 : (c < 0 ? 0 : c);
// apply the color component transfer function
c = c <= 0.0031308 ? c * 12.92 : 1.055 * Math.pow(c, 1. / 2.4) - 0.055;
return c;
}
/**
* A multi-lobe, piecewise Gaussian fit of CIE 1931 XYZ Color Matching Functions by Wyman el al. from Nvidia. The
* code here is adopted from the Listing 1 of the paper authored by Wyman et al.
* <p>
* Reference: Chris Wyman, Peter-Pike Sloan, and Peter Shirley, Simple Analytic Approximations to the CIE XYZ Color
* Matching Functions, Journal of Computer Graphics Techniques (JCGT), vol. 2, no. 2, 1-11, 2013.
*
* @param wavelength wavelength in nm
* @return XYZ in a double array in the order of X, Y, Z. each value in the range of [0.0, 1.0]
*/
public static double[] cie1931WavelengthToXYZFit(double wavelength) {
double wave = wavelength;
double x;
{
double t1 = (wave - 442.0) * ((wave < 442.0) ? 0.0624 : 0.0374);
double t2 = (wave - 599.8) * ((wave < 599.8) ? 0.0264 : 0.0323);
double t3 = (wave - 501.1) * ((wave < 501.1) ? 0.0490 : 0.0382);
x = 0.362 * Math.exp(-0.5 * t1 * t1)
+ 1.056 * Math.exp(-0.5 * t2 * t2)
- 0.065 * Math.exp(-0.5 * t3 * t3);
}
double y;
{
double t1 = (wave - 568.8) * ((wave < 568.8) ? 0.0213 : 0.0247);
double t2 = (wave - 530.9) * ((wave < 530.9) ? 0.0613 : 0.0322);
y = 0.821 * Math.exp(-0.5 * t1 * t1)
+ 0.286 * Math.exp(-0.5 * t2 * t2);
}
double z;
{
double t1 = (wave - 437.0) * ((wave < 437.0) ? 0.0845 : 0.0278);
double t2 = (wave - 459.0) * ((wave < 459.0) ? 0.0385 : 0.0725);
z = 1.217 * Math.exp(-0.5 * t1 * t1)
+ 0.681 * Math.exp(-0.5 * t2 * t2);
}
return new double[] { x, y, z };
}
meu código é escrito em Java 8, mas não deve ser difícil de porta-lo para baixar versões de Java e outras linguagens.
Você está falando sobre a conversão de comprimento de onda para um valor RGB.
Olhe aqui, provavelmente vai responder a sua pergunta. Tua tem um utilitário para fazer isso com o código fonte, bem como uma explicação.
Eu acho que eu poderia muito bem seguir o meu comentário com uma resposta formal. A melhor opção é usar o HSV espaço de cor - embora a tonalidade representa o comprimento de onda, não é uma comparação de um-para-um.
Eu fiz um ajuste linear dos valores e freqüências de matiz conhecidos (abandono vermelho e violeta porque estendem até agora em valores de frequência que as coisas inclinar um pouco) e eu tenho uma equação de conversão áspera.
É assim
frequência (em THz) = 474 + (3/4) (Hue Ângulo (em graus))
Eu tentei olhar ao redor e ver se alguém surgiu com esta equação, mas eu não encontrei nada a partir de Maio de 2010.
Método 1
Esta é pouco limpo e testado C ++ 11 versão do @ Haochen-xie. I também adicionada uma função que converte o valor de 0 a 1 para um comprimento de onda no espectro visível que é utilizável com este método. Você pode simplesmente colocar abaixo em um arquivo de cabeçalho e usá-lo sem quaisquer dependências. Esta versão será mantida aqui .
#ifndef common_utils_OnlineStats_hpp
#define common_utils_OnlineStats_hpp
namespace common_utils {
class ColorUtils {
public:
static void valToRGB(double val0To1, unsigned char& r, unsigned char& g, unsigned char& b)
{
//actual visible spectrum is 375 to 725 but outside of 400-700 things become too dark
wavelengthToRGB(val0To1 * (700 - 400) + 400, r, g, b);
}
/**
* Convert a wavelength in the visible light spectrum to a RGB color value that is suitable to be displayed on a
* monitor
*
* @param wavelength wavelength in nm
* @return RGB color encoded in int. each color is represented with 8 bits and has a layout of
* 00000000RRRRRRRRGGGGGGGGBBBBBBBB where MSB is at the leftmost
*/
static void wavelengthToRGB(double wavelength, unsigned char& r, unsigned char& g, unsigned char& b) {
double x, y, z;
cie1931WavelengthToXYZFit(wavelength, x, y, z);
double dr, dg, db;
srgbXYZ2RGB(x, y, z, dr, dg, db);
r = static_cast<unsigned char>(static_cast<int>(dr * 0xFF) & 0xFF);
g = static_cast<unsigned char>(static_cast<int>(dg * 0xFF) & 0xFF);
b = static_cast<unsigned char>(static_cast<int>(db * 0xFF) & 0xFF);
}
/**
* Convert XYZ to RGB in the sRGB color space
* <p>
* The conversion matrix and color component transfer function is taken from http://www.color.org/srgb.pdf, which
* follows the International Electrotechnical Commission standard IEC 61966-2-1 "Multimedia systems and equipment -
* Colour measurement and management - Part 2-1: Colour management - Default RGB colour space - sRGB"
*
* @param xyz XYZ values in a double array in the order of X, Y, Z. each value in the range of [0.0, 1.0]
* @return RGB values in a double array, in the order of R, G, B. each value in the range of [0.0, 1.0]
*/
static void srgbXYZ2RGB(double x, double y, double z, double& r, double& g, double& b) {
double rl = 3.2406255 * x + -1.537208 * y + -0.4986286 * z;
double gl = -0.9689307 * x + 1.8757561 * y + 0.0415175 * z;
double bl = 0.0557101 * x + -0.2040211 * y + 1.0569959 * z;
r = srgbXYZ2RGBPostprocess(rl);
g = srgbXYZ2RGBPostprocess(gl);
b = srgbXYZ2RGBPostprocess(bl);
}
/**
* helper function for {@link #srgbXYZ2RGB(double[])}
*/
static double srgbXYZ2RGBPostprocess(double c) {
// clip if c is out of range
c = c > 1 ? 1 : (c < 0 ? 0 : c);
// apply the color component transfer function
c = c <= 0.0031308 ? c * 12.92 : 1.055 * std::pow(c, 1. / 2.4) - 0.055;
return c;
}
/**
* A multi-lobe, piecewise Gaussian fit of CIE 1931 XYZ Color Matching Functions by Wyman el al. from Nvidia. The
* code here is adopted from the Listing 1 of the paper authored by Wyman et al.
* <p>
* Reference: Chris Wyman, Peter-Pike Sloan, and Peter Shirley, Simple Analytic Approximations to the CIE XYZ Color
* Matching Functions, Journal of Computer Graphics Techniques (JCGT), vol. 2, no. 2, 1-11, 2013.
*
* @param wavelength wavelength in nm
* @return XYZ in a double array in the order of X, Y, Z. each value in the range of [0.0, 1.0]
*/
static void cie1931WavelengthToXYZFit(double wavelength, double& x, double& y, double& z) {
double wave = wavelength;
{
double t1 = (wave - 442.0) * ((wave < 442.0) ? 0.0624 : 0.0374);
double t2 = (wave - 599.8) * ((wave < 599.8) ? 0.0264 : 0.0323);
double t3 = (wave - 501.1) * ((wave < 501.1) ? 0.0490 : 0.0382);
x = 0.362 * std::exp(-0.5 * t1 * t1)
+ 1.056 * std::exp(-0.5 * t2 * t2)
- 0.065 * std::exp(-0.5 * t3 * t3);
}
{
double t1 = (wave - 568.8) * ((wave < 568.8) ? 0.0213 : 0.0247);
double t2 = (wave - 530.9) * ((wave < 530.9) ? 0.0613 : 0.0322);
y = 0.821 * std::exp(-0.5 * t1 * t1)
+ 0.286 * std::exp(-0.5 * t2 * t2);
}
{
double t1 = (wave - 437.0) * ((wave < 437.0) ? 0.0845 : 0.0278);
double t2 = (wave - 459.0) * ((wave < 459.0) ? 0.0385 : 0.0725);
z = 1.217 * std::exp(-0.5 * t1 * t1)
+ 0.681 * std::exp(-0.5 * t2 * t2);
}
}
};
} //namespace
#endif
O enredo de cores a partir de 375nm a 725nm olhares como abaixo:
Um problema com este método é o fato de que ele funciona apenas entre 400-700nm e fora do que acentuadamente cai para preto. Outra questão é azul mais estreito.
Para efeito de comparação, a seguir é as cores da visão FAQ em maxmax.com:
Eu usei isso para visualizar mapa de profundidade, onde cada pixel representa valor de profundidade em metros e esta parece ser a seguir:
Método 2
Esta é implementado como parte do bitmap_image único arquivo header-única biblioteca por Aeash Partow:
inline rgb_t convert_wave_length_nm_to_rgb(const double wave_length_nm)
{
// Credits: Dan Bruton http://www.physics.sfasu.edu/astro/color.html
double red = 0.0;
double green = 0.0;
double blue = 0.0;
if ((380.0 <= wave_length_nm) && (wave_length_nm <= 439.0))
{
red = -(wave_length_nm - 440.0) / (440.0 - 380.0);
green = 0.0;
blue = 1.0;
}
else if ((440.0 <= wave_length_nm) && (wave_length_nm <= 489.0))
{
red = 0.0;
green = (wave_length_nm - 440.0) / (490.0 - 440.0);
blue = 1.0;
}
else if ((490.0 <= wave_length_nm) && (wave_length_nm <= 509.0))
{
red = 0.0;
green = 1.0;
blue = -(wave_length_nm - 510.0) / (510.0 - 490.0);
}
else if ((510.0 <= wave_length_nm) && (wave_length_nm <= 579.0))
{
red = (wave_length_nm - 510.0) / (580.0 - 510.0);
green = 1.0;
blue = 0.0;
}
else if ((580.0 <= wave_length_nm) && (wave_length_nm <= 644.0))
{
red = 1.0;
green = -(wave_length_nm - 645.0) / (645.0 - 580.0);
blue = 0.0;
}
else if ((645.0 <= wave_length_nm) && (wave_length_nm <= 780.0))
{
red = 1.0;
green = 0.0;
blue = 0.0;
}
double factor = 0.0;
if ((380.0 <= wave_length_nm) && (wave_length_nm <= 419.0))
factor = 0.3 + 0.7 * (wave_length_nm - 380.0) / (420.0 - 380.0);
else if ((420.0 <= wave_length_nm) && (wave_length_nm <= 700.0))
factor = 1.0;
else if ((701.0 <= wave_length_nm) && (wave_length_nm <= 780.0))
factor = 0.3 + 0.7 * (780.0 - wave_length_nm) / (780.0 - 700.0);
else
factor = 0.0;
rgb_t result;
const double gamma = 0.8;
const double intensity_max = 255.0;
#define round(d) std::floor(d + 0.5)
result.red = static_cast<unsigned char>((red == 0.0) ? red : round(intensity_max * std::pow(red * factor, gamma)));
result.green = static_cast<unsigned char>((green == 0.0) ? green : round(intensity_max * std::pow(green * factor, gamma)));
result.blue = static_cast<unsigned char>((blue == 0.0) ? blue : round(intensity_max * std::pow(blue * factor, gamma)));
#undef round
return result;
}
Lote de comprimento de onda de 375-725nm parece com abaixo:
Portanto, esta é mais utilizável em 400-725nm. Quando eu visualizo mesmo mapa de profundidade, como no método 1, recebo abaixo. Existe uma questão óbvia dessas linhas pretas que eu acho que indica menor erro nesse código que eu não olhei mais profundamente. Também violetas são mais estreitas pouco neste método que faz com que menos contraste para longe objetos.
