Реализация CIEDE2000 на Kotlin

На этой странице представлена эталонная реализация формулы отличия цветов CIEDE2000 на Kotlin. Если вы хотите обеспечить идеальную совместимость (с точностью до десятого знака после запятой) с некоторыми сторонними реализациями, вам может понадобиться изменить комментарии в исходном коде. Чтобы облегчить эту задачу, следующая ссылка автоматизирует эту операцию.

Функция ΔE2000 в Kotlin

Рассмотрим более распространенную и академическую (Sharma, 2005) из двух формулировок.

// This function written in Kotlin 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.

import kotlin.math.*

// 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.
fun ciede_2000(l_1: Double, a_1: Double, b_1: Double, l_2: Double, a_2: Double, b_2: Double): Double {
	// Working in Kotlin 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...
	val k_l = 1.0;
	val k_c = 1.0;
	val k_h = 1.0;
	var n = (sqrt(a_1 * a_1 + b_1 * b_1) + 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 - sqrt(n / (n + 6103515625.0)));
	// Application of the chroma correction factor.
	val c_1 = sqrt(a_1 * a_1 * n * n + b_1 * b_1);
	val c_2 = 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 = atan2(b_1, a_1 * n);
	var h_2 = atan2(b_2, a_2 * n);
	if (h_1 < 0.0)
		h_1 += 2.0 * PI;
	if (h_2 < 0.0)
		h_2 += 2.0 * PI;
	n = abs(h_2 - h_1);
	// Cross-implementation consistent rounding.
	if (PI - 1E-14 < n && n < PI + 1E-14)
		n = 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;
	var h_d = (h_2 - h_1) * 0.5;
	if (PI < n) {
		h_d += PI;
		// 📜 Sharma’s formulation doesn’t use the next line, but the one after it,
		// and these two variants differ by ±0.0003 on the final color differences.
		h_m += PI;
		// if (h_m < PI) h_m += PI; else h_m -= PI;
	}
	val p = 36.0 * h_m - 55.0 * 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.
	val r_t = -2.0 * sqrt(n / (n + 6103515625.0)) * sin(PI / 3.0 * exp((p * p) / (-25.0 * PI * PI)));
	n = (l_1 + l_2) * 0.5;
	n = (n - 50.0) * (n - 50.0);
	// Lightness.
	val l = (l_2 - l_1) / (k_l * (1.0 + 0.015 * n / sqrt(20.0 + n)));
	// These coefficients adjust the impact of different harmonic
	// components on the hue difference calculation.
	val t = 1.0 +	0.24 * sin(2.0 * h_m + PI * 0.5) +
			0.32 * sin(3.0 * h_m + 8.0 * PI / 15.0) -
			0.17 * sin(h_m + PI / 3.0) -
			0.20 * sin(4.0 * h_m + 3.0 * PI / 20.0);
	n = c_1 + c_2;
	// Hue.
	val h = 2.0 * sqrt(c_1 * c_2) * sin(h_d) / (k_h * (1.0 + 0.0075 * n * t));
	// Chroma.
	val c = (c_2 - c_1) / (k_c * (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 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 = 66.9   a1 = 51.9   b1 = 2.7
// L2 = 67.4   a2 = 46.5   b2 = -2.3
// CIE ΔE00 = 3.0587957739 (Bruce Lindbloom, Netflix’s VMAF, ...)
// CIE ΔE00 = 3.0588093140 (Gaurav Sharma, OpenJDK, ...)
// Deviation between implementations ≈ 1.4e-5

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

Параметры k_l, k_c и k_h

Параметры k_l, k_c и k_h в формуле CIEDE2000 представляют собой весовые коэффициенты, применяемые соответственно к компонентам яркости (ΔL*), хромы (ΔC*) и тон (ΔH*). В исходном коде они определены как константы со значением по умолчанию 1, что соответствует стандартным условиям наблюдения, установленным Международной комиссией по освещению (CIE). На практике может потребоваться корректировка этих коэффициентов с учетом конкретных условий: например, k_l = 2 иногда используется для придания большего веса различиям в яркости (обычное явление в текстильной промышленности), а k_c или k_h могут быть уменьшены для повышения толерантности к вариациям насыщенности или оттенка. В целом эти коэффициенты обычно колеблются в диапазоне от 0,5 до 2, причем наиболее распространенным значением является 1.

Точность и надежность исходного кода

Разница между академической формулировкой Шармы и упрощенной формулировкой Линдблума не превышает ±0,0003 по конечному значению ΔE2000. Представленная здесь реализация является 64-разрядной и обеспечивает точность более 10 знаков после запятой; следовательно, выбор одной формулировки вместо другой является лишь техническим вопросом. В верхней части страницы можно выбрать одну из двух формул; в данный момент отображается упрощённая формула.

Как определить, является ли имеющаяся у меня реализация CIEDE2000 академической версией или упрощенной версией?

• Точно оцените ciede_2000(27.5, 24.6, 9.2, 15.7, 56.6, -18.5)
• Если результат равен 19.999944, это академический тип (на Шармы или OpenJDK)
• Если результат равен 20.000002, это упрощенный тип (на Линдблума или Netflix VMAF)

Как преобразовать цвета RGB в L*a*b*?

Для преобразования необходимо использовать промежуточное цветовое пространство XYZ, и если вам нужна помощь, исходный код приведен в нижней части этой страницы (используется точка белого D65, формализованная в 1964 году).

Диапазоны значений в CIELAB и интерпретация ΔE2000

В цветовом пространстве CIELAB компонент L* обозначает светлоту и обычно изменяется от 0 (черный) до 100 (белый). Компоненты a* и b* описывают цветовые оси: a* идет от зеленого к красному, а b* — от синего к желтому. На практике значения a* и b* почти всегда находятся в диапазоне от -128 до +127, хотя в стандарте официальные ограничения для этих двух компонентов не указаны.

ΔE2000 (CIEDE2000) измеряет воспринимаемую разницу между двумя цветами: 0 означает идентичные цвета, а более высокие значения (до 185 и более) показывают большую разницу. Например, значение ΔE2000 около 5 означает близкие цвета, а около 15 — явно разные. Когда значение ΔE2000 превышает 40, сравниваемые цвета практически не имеют ничего общего, и мы больше не можем извлечь из них точной информации.

Пример использования в Kotlin

// Compute the Delta E (CIEDE2000) color difference between two L*a*b* colors in Kotlin

// Color 1: l1 = 11.5   a1 = 17.3   b1 = 5.0
// Color 2: l2 = 13.4   a2 = 11.5   b2 = -3.0

val deltaE = ciede_2000(l1, a1, b1, l2, a2, b2)
println(deltaE)

// .................................................. This shows a ΔE2000 of 7.1298347818
// As explained in the comments, compliance with Gaurav Sharma would display 7.1298482937

Результаты испытаний

Наша тестовая программа, написанная на C99, включает 250 строгих статических тестов. Результаты показывают, что эта функция CIEDE2000 в TypeScript совместима с 41 другим языком программирования.

CIEDE2000 Verification Summary :
  First Verified Line : 36,-56,-63.5,36.06,-4,108,63.13840748980284
             Duration : 20.19 s
            Successes : 10000000
               Errors : 0
      Average Delta E : 62.9269
    Average Deviation : 5.3503654673381358e-15
    Maximum Deviation : 2.4158453015843406e-13

Файлы для загрузки

Не стесняйтесь использовать эти файлы, предоставленные Мишелем, даже в коммерческих целях.

Сообщество

Что вы думаете об этом исходном коде или CIEDE2000? Ваше мнение очень важно для нас! В гостевой книге уже 9 сообщений, в том числе 1 на русском языке. Посмотрите и поделитесь своим мнением.