Implementação do CIEDE2000 em JavaScript

Esta página apresenta uma implementação de referência da fórmula de diferença de cor CIEDE2000 em JavaScript. Se quiser assegurar uma compatibilidade perfeita (até à décima casa decimal) com algumas implementações de terceiros, poderá ter de modificar os comentários no código fonte. Para facilitar isto, a seguinte ligação automatiza esta operação.

A função ΔE2000 em JavaScript

Consideremos a mais comum e académica (Sharma, 2005) das duas formulações.

// This function written in JavaScript is not affiliated with the CIE (International Commission on Illumination),
// and is released into the public domain. It is provided "as is" without any warranty, express or implied.

// The classic CIE ΔE2000 implementation, which operates on two L*a*b* colors, and returns their difference.
// "l" ranges from 0 to 100, while "a" and "b" are unbounded and commonly clamped to the range of -128 to 127.
function ciede_2000(l_1, a_1, b_1, l_2, a_2, b_2, k_l, k_c, k_h, canonical) {
	"use strict"
	// Working in JavaScript with the CIEDE2000 color-difference formula.
	// k_l, k_c, k_h are parametric factors to be adjusted according to
	// different viewing parameters such as textures, backgrounds...
	var n = (Math.sqrt(a_1 * a_1 + b_1 * b_1) + Math.sqrt(a_2 * a_2 + b_2 * b_2)) * 0.5;
	n = n * n * n * n * n * n * n;
	// A factor involving chroma raised to the power of 7 designed to make
	// the influence of chroma on the total color difference more accurate.
	n = 1.0 + 0.5 * (1.0 - Math.sqrt(n / (n + 6103515625.0)));
	// Application of the chroma correction factor.
	var c_1 = Math.sqrt(a_1 * a_1 * n * n + b_1 * b_1);
	var c_2 = Math.sqrt(a_2 * a_2 * n * n + b_2 * b_2);
	// atan2 is preferred over atan because it accurately computes the angle of
	// a point (x, y) in all quadrants, handling the signs of both coordinates.
	var h_1 = Math.atan2(b_1, a_1 * n), h_2 = Math.atan2(b_2, a_2 * n);
	h_1 += 2.0 * Math.PI * (h_1 < 0.0);
	h_2 += 2.0 * Math.PI * (h_2 < 0.0);
	n = Math.abs(h_2 - h_1);
	// Cross-implementation consistent rounding.
	if (Math.PI - 1E-14 < n && n < Math.PI + 1E-14)
		n = Math.PI;
	// When the hue angles lie in different quadrants, the straightforward
	// average can produce a mean that incorrectly suggests a hue angle in
	// the wrong quadrant, the next lines handle this issue.
	var h_m = (h_1 + h_2) * 0.5, h_d = (h_2 - h_1) * 0.5;
	if (Math.PI < n) {
		h_d += Math.PI;
		if (canonical) // Sharma’s implementation, OpenJDK, ...
			h_m += h_m < Math.PI ? Math.PI : -Math.PI;
		else // Lindbloom’s implementation, Netflix’s VMAF, ...
			h_m += Math.PI;
	}
	var p = 36.0 * h_m - 55.0 * Math.PI;
	n = (c_1 + c_2) * 0.5;
	n = n * n * n * n * n * n * n;
	// The hue rotation correction term is designed to account for the
	// non-linear behavior of hue differences in the blue region.
	var r_t = -2.0 * Math.sqrt(n / (n + 6103515625.0))
		* Math.sin(Math.PI / 3.0 * Math.exp(p * p / (-25.0 * Math.PI * Math.PI)));
	n = (l_1 + l_2) * 0.5;
	n = (n - 50.0) * (n - 50.0);
	// Lightness.
	var l = (l_2 - l_1) / ((k_l || 1.0) * (1.0 + 0.015 * n / Math.sqrt(20.0 + n)));
	// These coefficients adjust the impact of different harmonic
	// components on the hue difference calculation.
	var t = 1.0	+ 0.24 * Math.sin(2.0 * h_m + Math.PI * 0.5)
			+ 0.32 * Math.sin(3.0 * h_m + 8.0 * Math.PI / 15.0)
			- 0.17 * Math.sin(h_m + Math.PI / 3.0)
			- 0.20 * Math.sin(4.0 * h_m + 3.0 * Math.PI / 20.0);
	n = c_1 + c_2;
	// Hue.
	var h = 2.0 * Math.sqrt(c_1 * c_2) * Math.sin(h_d) / ((k_h || 1.0) * (1.0 + 0.0075 * n * t));
	// Chroma.
	var c = (c_2 - c_1) / ((k_c || 1.0) * (1.0 + 0.0225 * n));
	// Returning the square root ensures that dE00 accurately reflects the
	// geometric distance in color space, which can range from 0 to around 185.
	return Math.sqrt(l * l + h * h + c * c + c * h * r_t);
}

// GitHub Project : https://github.com/michel-leonard/ciede2000-color-matching
//   Online Tests : https://michel-leonard.github.io/ciede2000-color-matching

// L1 = 54.8   a1 = 23.5   b1 = 2.0
// L2 = 53.3   a2 = 29.5   b2 = -2.2
// CIE ΔE00 = 4.1622955128 (Bruce Lindbloom, Netflix’s VMAF, ...)
// CIE ΔE00 = 4.1622807178 (Gaurav Sharma, OpenJDK, ...)
// Deviation between implementations ≈ 1.5e-5

// See the source code comments for easy switching between these two widely used ΔE*00 implementation variants.

O vosso teste de desempenho

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Parâmetros k_l, k_c e k_h

Os parâmetros k_l, k_c e k_h no CIEDE2000 são factores de ponderação aplicados aos termos brilho (ΔL*), croma (ΔC*) e matiz (ΔH*). São definidos como constantes no código fonte. O seu valor predefinido é 1, que corresponde às condições de visualização padrão recomendadas pela Comissão Internacional de Iluminação (CIE). Na prática, pode ser necessário ajustar estes coeficientes para refletir condições específicas: por exemplo, k_l = 2 é por vezes utilizado para dar mais peso a diferenças de brilho (uma ocorrência comum na indústria têxtil), enquanto k_c ou k_h podem ser reduzidos para aumentar a tolerância a variações de saturação ou matiz, dependendo dos requisitos. Estes coeficientes variam normalmente entre 0,5 e 2.

Precisão e fiabilidade do código fonte

A diferença entre a formulação académica de Sharma e a formulação simplificada de Lindbloom não excede ±0,0003 no ΔE2000 final. Isto corresponde à diferença normalmente medida entre duas implementações de 32 bits e é impercetível ao olho humano. As nossas implementações de 64 bits, todas consistentes entre si, garantem pelo menos 10 casas decimais corretas, pelo que a escolha de uma formulação em detrimento de outra é um pormenor técnico. A fórmula predefinida nesta página é a mais frequentemente apresentada na comunidade, é ligeiramente mais fácil de vetorizar.

✎ Se verificar que os comentários no código-fonte não coincidem com os comentários em inglês, informe o autor da página para que tal possa ser corrigido.

Como é que se convertem cores RGB em L*a*b*?

Terá de utilizar o espaço de cor intermédio XYZ para a conversão e, se precisar de ajuda, o código fonte é fornecido no final desta página (utilizando o ponto branco D65 formalizado em 1964).

Intervalos de valores no CIELAB e interpretação do ΔE2000

No espaço de cor CIELAB, o componente L* representa a luminosidade e normalmente varia de 0 (preto) a 100 (branco). Os componentes a* e b* representam os eixos de cor: a* vai do verde ao vermelho, enquanto b* vai do azul ao amarelo. Na prática, os valores de a* e b* costumam estar entre -128 e +127, embora possam ultrapassar ligeiramente esses limites dependendo da conversão de cor.

ΔE2000 (CIEDE2000) mede a diferença perceptível entre duas cores: 0 significa cores idênticas, e valores maiores (até cerca de 185 em casos extremos) indicam uma diferença mais significativa. Por exemplo, um valor ΔE2000 em torno de 5 indica cores próximas, enquanto em torno de 15 indica cores claramente diferentes.

Exemplo de utilização em JavaScript

// Define color 1 in L*a*b* space
const l1 = 43.2, a1 = 31.2, b1 = 4.1;

// Define color 2 in L*a*b* space
const l2 = 43.0, a2 = 35.5, b2 = -4.3;

// Calculate ΔE2000 color difference
const deltaE = ciede_2000(l1, a1, b1, l2, a2, b2);
console.log(deltaE);

// .................................................. This shows a ΔE2000 of 5.2895865658
// As explained in the comments, compliance with Gaurav Sharma would display 5.2895721943

Resultados dos testes

O driver escrito na linguagem C99, com 250 testes estáticos precisos, provou que esta função JavaScript é interoperável com a função CIEDE2000 disponível noutras linguagens de programação.

CIEDE2000 Verification Summary :
  First Verified Line : 19.8,86.4,126,87,48.32,-70.5,86.66139766452334
             Duration : 36.48 s
            Successes : 10000000
               Errors : 0
      Average Delta E : 62.9463
    Average Deviation : 6.0717893379802488e-15
    Maximum Deviation : 2.2737367544323206e-13

⚡ Comparação de cores RGB e hexadecimais para a Web

Apenas 3 KB – Simples. Rápido. Esta função JavaScript compacta aceita duas cores nos formatos RGB ou hexadecimal e retorna a diferença de cor CIE ΔE2000 usando o iluminante padrão D65.

// This function written in JavaScript is not affiliated with the CIE (International Commission on Illumination),
// and is released into the public domain. It is provided "as is" without any warranty, express or implied.

// This function accepts both RGB and hexadecimal color formats and computes the color difference using the CIE ΔE2000 formula.
// Examples of use :
// - ciede_2000('#00F', '#483D8B')
// - ciede_2000('#483d8b', 75,0,130)
// - ciede_2000(75, 0, 130, '#00008b')
// - ciede_2000(0, 0, 139, 0, 0, 128)

// GitHub : https://github.com/michel-leonard/ciede2000-color-matching

;function ciede_2000(a,b,c,d,e,f){"use strict";var k_l=1.0,k_c=1.0,k_h=1.0,g,h,i,j,k,l,m,n,o,p,q,r,s=0.040448236277105097;if(typeof a=='string'){g=parseInt((a.length===4?a[0]+a[1]+a[1]+a[2]+a[2]+a[3]+a[3]:a).substring(1),16);if(typeof b=='string'){h=parseInt((b.length===4?b[0]+b[1]+b[1]+b[2]+b[2]+b[3]+b[3]:b).substring(1),16);d=h>>16&0xff;e=h>>8&0xff;f=h&0xff;}else{f=d;e=c;d=b;}a=g>>16&0xff;b=g>>8&0xff;c=g&0xff}else if(typeof d=='string'){g=parseInt((d.length===4?d[0]+d[1]+d[1]+d[2]+d[2]+d[3]+d[3]:d).substring(1),16);d=g>>16&0xff;e=g>>8&0xff;f=g&0xff;}a/=255.0;b/=255.0;c/=255.0;a=a<s?a/12.92:Math.pow((a+0.055)/1.055,2.4);b=b<s?b/12.92:Math.pow((b+0.055)/1.055,2.4);c=c<s?c/12.92:Math.pow((c+0.055)/1.055,2.4);g=a*41.24564390896921145+b*35.75760776439090507+c*18.04374830853290341;h=a*21.26728514056222474+b*71.51521552878181013+c*7.21749933075596513;i=a*1.93338955823293176+b*11.91919550818385936+c*95.03040770337479886;a=g/95.047;b=h/100.0;c=i/108.883;a=a<216.0/24389.0?((841.0/108.0)*a)+(4.0/29.0):Math.cbrt(a);b=b<216.0/24389.0?((841.0/108.0)*b)+(4.0/29.0):Math.cbrt(b);c=c<216.0/24389.0?((841.0/108.0)*c)+(4.0/29.0):Math.cbrt(c);g=(116.0*b)-16.0;h=500.0*(a-b);i=200.0*(b-c);d/=255.0;e/=255.0;f/=255.0;d=d<s?d/12.92:Math.pow((d+0.055)/1.055,2.4);e=e<s?e/12.92:Math.pow((e+0.055)/1.055,2.4);f=f<s?f/12.92:Math.pow((f+0.055)/1.055,2.4);j=d*41.24564390896921145+e*35.75760776439090507+f*18.04374830853290341;k=d*21.26728514056222474+e*71.51521552878181013+f*7.21749933075596513;l=d*1.93338955823293176+e*11.91919550818385936+f*95.03040770337479886;d=j/95.047;e=k/100.0;f=l/108.883;d=d<216.0/24389.0?((841.0/108.0)*d)+(4.0/29.0):Math.cbrt(d);e=e<216.0/24389.0?((841.0/108.0)*e)+(4.0/29.0):Math.cbrt(e);f=f<216.0/24389.0?((841.0/108.0)*f)+(4.0/29.0):Math.cbrt(f);j=(116.0*e)-16.0;k=500.0*(d-e);l=200.0*(e-f);d=(Math.sqrt(h*h+i*i)+Math.sqrt(k*k+l*l))*0.5;d=d*d*d*d*d*d*d;d=1.0+0.5*(1.0-Math.sqrt(d/(d+6103515625.0)));m=Math.sqrt(h*h*d*d+i*i);n=Math.sqrt(k*k*d*d+l*l);o=Math.atan2(i,h*d);p=Math.atan2(l,k*d);o+=2.0*Math.PI*(o<0.0);p+=2.0*Math.PI*(p<0.0);d=Math.abs(p-o);if(Math.PI-1E-14<d&&d<Math.PI+1E-14)d=Math.PI;q=(o+p)*0.5;r=(p-o)*0.5;if(Math.PI<d){r+=Math.PI;q+=Math.PI;}e=36.0*q-55.0*Math.PI;d=(m+n)*0.5;d=d*d*d*d*d*d*d;s=-2.0*Math.sqrt(d/(d+6103515625.0))*Math.sin(Math.PI/3.0*Math.exp(e*e/(-25.0*Math.PI*Math.PI)));d=(g+j)*0.5;d=(d-50.0)*(d-50.0);f=(j-g)/(k_l*(1.0+0.015*d/Math.sqrt(20.0+d)));a=1.0+0.24*Math.sin(2.0*q+Math.PI*0.5)+0.32*Math.sin(3.0*q+8.0*Math.PI/15.0)-0.17*Math.sin(q+Math.PI/3.0)-0.20*Math.sin(4.0*q+3.0*Math.PI/20.0);d=m+n;b=2.0*Math.sqrt(m*n)*Math.sin(r)/(k_h*(1.0+0.0075*d*a));c=(n-m)/(k_c*(1.0+0.0225*d));return Math.sqrt(f*f+b*b+c*c+c*b*s);};

Ficheiros para descarregar

Um ficheiro abaixo suporta cálculos de precisão arbitrária em JavaScript (útil se estiver a lidar com ΔE2000 em metrologia). Pode utilizar livremente estes ficheiros disponibilizados pelo Michel, mesmo para fins comerciais.

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