Convertir la fréquence lumineuse en RVB ?

Question

Quelqu'un connaît-il une formule permettant de convertir une fréquence lumineuse en une valeur RVB ?

Answer 1

Voici une explication détaillée de l'ensemble du processus de conversion : http://www.fourmilab.ch/documents/specrend/ . Code source inclus !

Answer 2

Pour les paresseux (comme moi), voici une implémentation en java du code trouvé dans la réponse de @user151323 (c'est à dire une simple traduction du code pascal trouvé dans Rapport de laboratoire sur les spectres ) :

static private final double Gamma = 0.80;
static private final 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;
}

Answer 3

Idée générale :

1. Utilice Fonctions de correspondance des couleurs de la CEI pour convertir la longueur d'onde en Couleur XYZ .
2. Convertir XYZ en RGB
3. Découpez les composants en [0..1] et multipliez-les par 255 pour les faire tenir dans la plage d'octets non signés.

Les étapes 1 et 2 peuvent varier.

Il existe plusieurs fonctions de correspondance des couleurs, disponibles comme tableaux ou comme approximations analytiques (suggérées par @Tarc et @Haochen Xie). Les tableaux sont les meilleurs si vous avez besoin d'un résultat préсise lisse.

Il n'existe pas d'espace colorimétrique RVB unique. Matrices de transformation multiples et différents types de correction gamma peuvent être utilisés.

Voici le code C# que j'ai trouvé récemment. Il utilise l'interpolation linéaire sur la table "observateur standard CIE 1964" et Matrice sRGB + correction 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;
    }
}

Résultat pour la gamme 400-700 nm :

Answer 4

Bien qu'il s'agisse d'une vieille question et qu'elle ait déjà reçu une poignée de bonnes réponses, lorsque j'ai essayé de mettre en œuvre une telle fonctionnalité de conversion dans mon application, je n'étais pas satisfait des algorithmes déjà répertoriés ici et j'ai fait mes propres recherches, qui m'ont donné de bons résultats. Je vais donc poster une nouvelle réponse.

Après quelques recherches, je suis tombé sur ce document, Approximations analytiques simples des fonctions de correspondance des couleurs CIE XYZ J'ai essayé d'adopter l'algorithme d'ajustement gaussien multilobe par morceaux dans mon application. L'article ne décrit que les fonctions permettant de convertir une longueur d'onde en sa valeur correspondante. Valeurs XYZ J'ai donc implémenté une fonction pour convertir XYZ en RGB dans l'espace couleur sRGB et je les ai combinés. Le résultat est fantastique et mérite d'être partagé :

/**
 * 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 };
}

mon code est écrit en Java 8, mais il ne devrait pas être difficile de le porter vers des versions inférieures de Java et d'autres langages.

Answer 5

Vous parlez de la conversion de longueur d'onde en une valeur RGB.

Regardez ici, cela répondra probablement à votre question. Ils ont un utilitaire pour faire cela avec le code source ainsi que quelques explications.

WaveLengthToRGB