aces_1.0.0/python/aces_ocio/colorspaces/general.py

   1 #!/usr/bin/env python
   2 # -*- coding: utf-8 -*-
   3
   4 """
   5 Implements support for general colorspaces conversions and transfer functions.
   6 """
   7
   8 from __future__ import division
   9
  10 import array
  11 import os
  12
  13 import PyOpenColorIO as ocio
  14
  15 import aces_ocio.generate_lut as genlut
  16 from aces_ocio.colorspaces import aces
  17 from aces_ocio.utilities import ColorSpace, mat44_from_mat33
  18
  19 __author__ = 'ACES Developers'
  20 __copyright__ = 'Copyright (C) 2014 - 2015 - ACES Developers'
  21 __license__ = ''
  22 __maintainer__ = 'ACES Developers'
  23 __email__ = 'aces@oscars.org'
  24 __status__ = 'Production'
  25
  26 __all__ = ['create_matrix_colorspace',
  27            'create_transfer_colorspace',
  28            'create_matrix_plus_transfer_colorspace',
  29            'transfer_function_sRGB_to_linear',
  30            'transfer_function_Rec709_to_linear',
  31            'transfer_function_Rec2020_10bit_to_linear',
  32            'transfer_function_Rec2020_12bit_to_linear',
  33            'transfer_function_Rec1886_to_linear',
  34            'create_colorspaces',
  35            'create_raw']
  36
  37
  38 # -------------------------------------------------------------------------
  39 # *Matrix Transform*
  40 # -------------------------------------------------------------------------
  41 def create_matrix_colorspace(name='matrix',
  42                              from_reference_values=None,
  43                              to_reference_values=None,
  44                              aliases=None):
  45     """
  46     Creates a ColorSpace that only uses *Matrix Transforms*
  47
  48     Parameters
  49     ----------
  50     name : str, optional
  51         Aliases for this colorspace
  52     from_reference_values : list of matrices
  53         List of matrices to convert from the reference colorspace to this space
  54     to_reference_values : list of matrices
  55         List of matrices to convert to the reference colorspace from this space
  56     aliases : list of str, optional
  57         Aliases for this colorspace
  58
  59     Returns
  60     -------
  61     ColorSpace
  62          A *Matrix Transform*-based ColorSpace
  63     """
  64
  65     if from_reference_values is None:
  66         from_reference_values = []
  67
  68     if to_reference_values is None:
  69         to_reference_values = []
  70
  71     if aliases is None:
  72         aliases = []
  73
  74     cs = ColorSpace(name)
  75     cs.description = 'The %s color space' % name
  76     cs.aliases = aliases
  77     cs.equality_group = name
  78     cs.family = 'Utility'
  79     cs.is_data = False
  80
  81     # A linear space needs allocation variables.
  82     cs.allocation_type = ocio.Constants.ALLOCATION_UNIFORM
  83     cs.allocation_vars = [0, 1]
  84
  85     cs.to_reference_transforms = []
  86     if to_reference_values:
  87         for matrix in to_reference_values:
  88             cs.to_reference_transforms.append({
  89                 'type': 'matrix',
  90                 'matrix': mat44_from_mat33(matrix),
  91                 'direction': 'forward'})
  92
  93     cs.from_reference_transforms = []
  94     if from_reference_values:
  95         for matrix in from_reference_values:
  96             cs.from_reference_transforms.append({
  97                 'type': 'matrix',
  98                 'matrix': mat44_from_mat33(matrix),
  99                 'direction': 'forward'})
 100
 101     return cs
 102
 103
 104 # -------------------------------------------------------------------------
 105 # *Transfer Function Transform*
 106 # -------------------------------------------------------------------------
 107 def create_transfer_colorspace(name='transfer',
 108                                transfer_function_name='transfer_function',
 109                                transfer_function=lambda x: x,
 110                                lut_directory='/tmp',
 111                                lut_resolution_1d=1024,
 112                                aliases=None):
 113     """
 114     Creates a ColorSpace that only uses transfer functions encoded as 1D LUTs
 115
 116     Parameters
 117     ----------
 118     name : str, optional
 119         Aliases for this colorspace
 120     transfer_function_name : str, optional
 121         The name of the transfer function
 122     transfer_function : function, optional
 123         The transfer function to be evaluated
 124     lut_directory : str or unicode
 125         The directory to use when generating LUTs
 126     lut_resolution_1d : int
 127         The resolution of generated 1D LUTs
 128     aliases : list of str
 129         Aliases for this colorspace
 130
 131     Returns
 132     -------
 133     ColorSpace
 134          A *LUT1D Transform*-based ColorSpace representing a transfer function
 135     """
 136
 137     if aliases is None:
 138         aliases = []
 139
 140     cs = ColorSpace(name)
 141     cs.description = 'The %s color space' % name
 142     cs.aliases = aliases
 143     cs.equality_group = name
 144     cs.family = 'Utility'
 145     cs.is_data = False
 146
 147     # A linear space needs allocation variables.
 148     cs.allocation_type = ocio.Constants.ALLOCATION_UNIFORM
 149     cs.allocation_vars = [0, 1]
 150
 151     # Sampling the transfer function.
 152     data = array.array('f', '\0' * lut_resolution_1d * 4)
 153     for c in range(lut_resolution_1d):
 154         data[c] = transfer_function(c / (lut_resolution_1d - 1))
 155
 156     # Writing the sampled data to a *LUT*.
 157     lut = '%s_to_linear.spi1d' % transfer_function_name
 158     genlut.write_SPI_1d(
 159         os.path.join(lut_directory, lut),
 160         0,
 161         1,
 162         data,
 163         lut_resolution_1d,
 164         1)
 165
 166     # Creating the *to_reference* transforms.
 167     cs.to_reference_transforms = []
 168     cs.to_reference_transforms.append({
 169         'type': 'lutFile',
 170         'path': lut,
 171         'interpolation': 'linear',
 172         'direction': 'forward'})
 173
 174     # Creating the *from_reference* transforms.
 175     cs.from_reference_transforms = []
 176
 177     return cs
 178
 179
 180 # -------------------------------------------------------------------------
 181 # *Transfer Function + Matrix Transform*
 182 # -------------------------------------------------------------------------
 183 def create_matrix_plus_transfer_colorspace(
 184         name='matrix_plus_transfer',
 185         transfer_function_name='transfer_function',
 186         transfer_function=lambda x: x,
 187         lut_directory='/tmp',
 188         lut_resolution_1d=1024,
 189         from_reference_values=None,
 190         to_reference_values=None,
 191         aliases=None):
 192     """
 193     Creates a ColorSpace that uses transfer functions encoded as 1D LUTs and
 194     matrice
 195
 196     Parameters
 197     ----------
 198     name : str, optional
 199         Aliases for this colorspace
 200     transfer_function_name : str, optional
 201         The name of the transfer function
 202     transfer_function : function, optional
 203         The transfer function to be evaluated
 204     lut_directory : str or unicode
 205         The directory to use when generating LUTs
 206     lut_resolution_1d : int
 207         The resolution of generated 1D LUTs
 208     from_reference_values : list of matrices
 209         List of matrices to convert from the reference colorspace to this space
 210     to_reference_values : list of matrices
 211         List of matrices to convert to the reference colorspace from this space
 212     aliases : list of str
 213         Aliases for this colorspace
 214
 215     Returns
 216     -------
 217     ColorSpace
 218          A *Matrx and LUT1D Transform*-based ColorSpace representing a transfer
 219          function and matrix
 220     """
 221
 222     if from_reference_values is None:
 223         from_reference_values = []
 224
 225     if to_reference_values is None:
 226         to_reference_values = []
 227
 228     if aliases is None:
 229         aliases = []
 230
 231     cs = ColorSpace(name)
 232     cs.description = 'The %s color space' % name
 233     cs.aliases = aliases
 234     cs.equality_group = name
 235     cs.family = 'Utility'
 236     cs.is_data = False
 237
 238     # A linear space needs allocation variables.
 239     cs.allocation_type = ocio.Constants.ALLOCATION_UNIFORM
 240     cs.allocation_vars = [0, 1]
 241
 242     # Sampling the transfer function.
 243     data = array.array('f', '\0' * lut_resolution_1d * 4)
 244     for c in range(lut_resolution_1d):
 245         data[c] = transfer_function(c / (lut_resolution_1d - 1))
 246
 247     # Writing the sampled data to a *LUT*.
 248     lut = '%s_to_linear.spi1d' % transfer_function_name
 249     genlut.write_SPI_1d(
 250         os.path.join(lut_directory, lut),
 251         0,
 252         1,
 253         data,
 254         lut_resolution_1d,
 255         1)
 256
 257     # Creating the *to_reference* transforms.
 258     cs.to_reference_transforms = []
 259     if to_reference_values:
 260         cs.to_reference_transforms.append({
 261             'type': 'lutFile',
 262             'path': lut,
 263             'interpolation': 'linear',
 264             'direction': 'forward'})
 265
 266         for matrix in to_reference_values:
 267             cs.to_reference_transforms.append({
 268                 'type': 'matrix',
 269                 'matrix': mat44_from_mat33(matrix),
 270                 'direction': 'forward'})
 271
 272     # Creating the *from_reference* transforms.
 273     cs.from_reference_transforms = []
 274     if from_reference_values:
 275         for matrix in from_reference_values:
 276             cs.from_reference_transforms.append({
 277                 'type': 'matrix',
 278                 'matrix': mat44_from_mat33(matrix),
 279                 'direction': 'forward'})
 280
 281         cs.from_reference_transforms.append({
 282             'type': 'lutFile',
 283             'path': lut,
 284             'interpolation': 'linear',
 285             'direction': 'inverse'})
 286
 287     return cs
 288
 289
 290 # Transfer functions for standard colorspaces.
 291 def transfer_function_sRGB_to_linear(v):
 292     """
 293     The sRGB (IEC 61966-2-1) transfer function
 294
 295     Parameters
 296     ----------
 297     v : float
 298         The normalized value to pass through the function
 299
 300     Returns
 301     -------
 302     float
 303         A converted value
 304     """
 305     a = 1.055
 306     b = 0.04045
 307     d = 12.92
 308     g = 2.4
 309
 310     if v < b:
 311         return v / d
 312     return pow(((v + (a - 1)) / a), g)
 313
 314
 315 def transfer_function_Rec709_to_linear(v):
 316     """
 317     The Rec.709 transfer function
 318
 319     Parameters
 320     ----------
 321     v : float
 322         The normalized value to pass through the function
 323
 324     Returns
 325     -------
 326     float
 327         A converted value
 328     """
 329     a = 1.099
 330     b = 0.018
 331     d = 4.5
 332     g = (1.0 / 0.45)
 333
 334     if v < b * d:
 335         return v / d
 336
 337     return pow(((v + (a - 1)) / a), g)
 338
 339
 340 def transfer_function_Rec2020_10bit_to_linear(v):
 341     """
 342     The Rec.2020 10-bit transfer function
 343
 344     Parameters
 345     ----------
 346     v : float
 347         The normalized value to pass through the function
 348
 349     Returns
 350     -------
 351     float
 352         A converted value
 353     """
 354     a = 1.099
 355     b = 0.018
 356     d = 4.5
 357     g = (1.0 / 0.45)
 358
 359     if v < b * d:
 360         return v / d
 361
 362     return pow(((v + (a - 1)) / a), g)
 363
 364
 365 def transfer_function_Rec2020_12bit_to_linear(v):
 366     """
 367     The Rec.2020 12-bit transfer function
 368
 369     Parameters
 370     ----------
 371     v : float
 372         The normalized value to pass through the function
 373
 374     Returns
 375     -------
 376     float
 377         A converted value
 378     """
 379     a = 1.0993
 380     b = 0.0181
 381     d = 4.5
 382     g = (1.0 / 0.45)
 383
 384     if v < b * d:
 385         return v / d
 386
 387     return pow(((v + (a - 1)) / a), g)
 388
 389
 390 def transfer_function_Rec1886_to_linear(v):
 391     """
 392     The Rec.1886 transfer function
 393
 394     Parameters
 395     ----------
 396     v : float
 397         The normalized value to pass through the function
 398
 399     Returns
 400     -------
 401     float
 402         A converted value
 403     """
 404     g = 2.4
 405     Lw = 1
 406     Lb = 0
 407
 408     # Ignoring legal to full scaling for now.
 409     # v = (1023.0*v - 64.0)/876.0
 410
 411     t = pow(Lw, 1.0 / g) - pow(Lb, 1.0 / g)
 412     a = pow(t, g)
 413     b = pow(Lb, 1.0 / g) / t
 414
 415     return a * pow(max((v + b), 0.0), g)
 416
 417
 418 def create_colorspaces(lut_directory,
 419                        lut_resolution_1d):
 420     """
 421     Generates the colorspace conversions.
 422
 423     Parameters
 424     ----------
 425     lut_directory : str or unicode
 426         The directory to use when generating LUTs
 427     lut_resolution_1d : int
 428         The resolution of generated 1D LUTs
 429
 430     Returns
 431     -------
 432     list
 433          A list of colorspaces for general colorspaces and encodings
 434     """
 435
 436     colorspaces = []
 437
 438     # -------------------------------------------------------------------------
 439     # XYZ
 440     # -------------------------------------------------------------------------
 441     cs = create_matrix_colorspace('XYZ-D60',
 442                                   to_reference_values=[aces.ACES_XYZ_TO_AP0],
 443                                   from_reference_values=[aces.ACES_AP0_TO_XYZ],
 444                                   aliases=['lin_xyz_d60'])
 445     colorspaces.append(cs)
 446
 447     # -------------------------------------------------------------------------
 448     # P3-D60
 449     # -------------------------------------------------------------------------
 450     # *ACES* to *Linear*, *P3D60* primaries
 451     XYZ_to_P3D60 = [2.4027414142, -0.8974841639, -0.3880533700,
 452                     -0.8325796487, 1.7692317536, 0.0237127115,
 453                     0.0388233815, -0.0824996856, 1.0363685997]
 454
 455     cs = create_matrix_colorspace(
 456         'Linear - P3-D60',
 457         from_reference_values=[aces.ACES_AP0_TO_XYZ, XYZ_to_P3D60],
 458         aliases=['lin_p3d60'])
 459     colorspaces.append(cs)
 460
 461     # -------------------------------------------------------------------------
 462     # P3-DCI
 463     # -------------------------------------------------------------------------
 464     # *ACES* to *Linear*, *P3DCI* primaries
 465     XYZ_to_P3DCI = [2.7253940305, -1.0180030062, -0.4401631952,
 466                     -0.7951680258, 1.6897320548, 0.0226471906,
 467                     0.0412418914, -0.0876390192, 1.1009293786]
 468
 469     cs = create_matrix_colorspace(
 470         'Linear - P3-DCI',
 471         from_reference_values=[aces.ACES_AP0_TO_XYZ, XYZ_to_P3DCI],
 472         aliases=['lin_p3dci'])
 473     colorspaces.append(cs)
 474
 475     # -------------------------------------------------------------------------
 476     # sRGB
 477     # -------------------------------------------------------------------------
 478     # *ACES* to *Linear*, *Rec. 709* primaries.
 479     # *sRGB* and *Rec 709* use the same gamut.
 480     XYZ_to_Rec709 = [3.2409699419, -1.5373831776, -0.4986107603,
 481                      -0.9692436363, 1.8759675015, 0.0415550574,
 482                      0.0556300797, -0.2039769589, 1.0569715142]
 483
 484     cs = create_matrix_colorspace(
 485         'Linear - sRGB',
 486         from_reference_values=[aces.ACES_AP0_TO_XYZ, XYZ_to_Rec709],
 487         aliases=['lin_srgb'])
 488     colorspaces.append(cs)
 489
 490     # *Linear* to *sRGB* Transfer Function*
 491     cs = create_transfer_colorspace(
 492         'Curve - sRGB',
 493         'sRGB',
 494         transfer_function_sRGB_to_linear,
 495         lut_directory,
 496         lut_resolution_1d,
 497         aliases=['crv_srgb'])
 498     colorspaces.append(cs)
 499
 500     # *ACES* to *sRGB* Primaries + Transfer Function*
 501     cs = create_matrix_plus_transfer_colorspace(
 502         'sRGB',
 503         'sRGB',
 504         transfer_function_sRGB_to_linear,
 505         lut_directory,
 506         lut_resolution_1d,
 507         from_reference_values=[aces.ACES_AP0_TO_XYZ, XYZ_to_Rec709],
 508         aliases=['srgb'])
 509     colorspaces.append(cs)
 510
 511     # -------------------------------------------------------------------------
 512     # Rec 709
 513     # -------------------------------------------------------------------------
 514     # *ACES* to *Linear*, *Rec. 709* primaries
 515     XYZ_to_Rec709 = [3.2409699419, -1.5373831776, -0.4986107603,
 516                      -0.9692436363, 1.8759675015, 0.0415550574,
 517                      0.0556300797, -0.2039769589, 1.0569715142]
 518
 519     cs = create_matrix_colorspace(
 520         'Linear - Rec.709',
 521         from_reference_values=[aces.ACES_AP0_TO_XYZ, XYZ_to_Rec709],
 522         aliases=['lin_rec709'])
 523     colorspaces.append(cs)
 524
 525     # *Linear* to *Rec. 709* Transfer Function*
 526     cs = create_transfer_colorspace(
 527         'Curve - Rec.709',
 528         'rec709',
 529         transfer_function_Rec709_to_linear,
 530         lut_directory,
 531         lut_resolution_1d,
 532         aliases=['crv_rec709'])
 533     colorspaces.append(cs)
 534
 535     # *ACES* to *Rec. 709* Primaries + Transfer Function*
 536     cs = create_matrix_plus_transfer_colorspace(
 537         'Rec.709 - Camera',
 538         'rec709',
 539         transfer_function_Rec709_to_linear,
 540         lut_directory,
 541         lut_resolution_1d,
 542         from_reference_values=[aces.ACES_AP0_TO_XYZ, XYZ_to_Rec709],
 543         aliases=['rec709_camera'])
 544     colorspaces.append(cs)
 545
 546     # -------------------------------------------------------------------------
 547     # Rec 2020
 548     # -------------------------------------------------------------------------
 549     # *ACES* to *Linear*, *Rec. 2020* primaries
 550     XYZ_to_Rec2020 = [1.7166511880, -0.3556707838, -0.2533662814,
 551                       -0.6666843518, 1.6164812366, 0.0157685458,
 552                       0.0176398574, -0.0427706133, 0.9421031212]
 553
 554     cs = create_matrix_colorspace(
 555         'Linear - Rec.2020',
 556         from_reference_values=[aces.ACES_AP0_TO_XYZ, XYZ_to_Rec2020],
 557         aliases=['lin_rec2020'])
 558     colorspaces.append(cs)
 559
 560     # *Linear* to *Rec. 2020 10 bit* Transfer Function*
 561     cs = create_transfer_colorspace(
 562         'Curve - Rec.2020',
 563         'rec2020',
 564         transfer_function_Rec2020_10bit_to_linear,
 565         lut_directory,
 566         lut_resolution_1d,
 567         aliases=['crv_rec2020'])
 568     colorspaces.append(cs)
 569
 570     # *ACES* to *Rec. 2020 10 bit* Primaries + Transfer Function*
 571     cs = create_matrix_plus_transfer_colorspace(
 572         'Rec.2020 - Camera',
 573         'rec2020',
 574         transfer_function_Rec2020_10bit_to_linear,
 575         lut_directory,
 576         lut_resolution_1d,
 577         from_reference_values=[aces.ACES_AP0_TO_XYZ, XYZ_to_Rec2020],
 578         aliases=['rec2020_camera'])
 579     colorspaces.append(cs)
 580
 581     # -------------------------------------------------------------------------
 582     # Rec 1886
 583     # -------------------------------------------------------------------------
 584     # *Linear* to *Rec.1886* Transfer Function*
 585     cs = create_transfer_colorspace(
 586         'Curve - Rec.1886',
 587         'rec1886',
 588         transfer_function_Rec1886_to_linear,
 589         lut_directory,
 590         lut_resolution_1d,
 591         aliases=['crv_rec1886'])
 592     colorspaces.append(cs)
 593
 594     # *ACES* to *sRGB* Primaries + Transfer Function*
 595     cs = create_matrix_plus_transfer_colorspace(
 596         'Rec.709 - Display',
 597         'rec1886',
 598         transfer_function_Rec1886_to_linear,
 599         lut_directory,
 600         lut_resolution_1d,
 601         from_reference_values=[aces.ACES_AP0_TO_XYZ, XYZ_to_Rec709],
 602         aliases=['rec709_display'])
 603     colorspaces.append(cs)
 604
 605     # *ACES* to *sRGB* Primaries + Transfer Function*
 606     cs = create_matrix_plus_transfer_colorspace(
 607         'Rec.2020 - Display',
 608         'rec1886',
 609         transfer_function_Rec1886_to_linear,
 610         lut_directory,
 611         lut_resolution_1d,
 612         from_reference_values=[aces.ACES_AP0_TO_XYZ, XYZ_to_Rec2020],
 613         aliases=['rec2020_display'])
 614     colorspaces.append(cs)
 615
 616     # -------------------------------------------------------------------------
 617     # ProPhoto
 618     # -------------------------------------------------------------------------
 619     # *ACES* to *Linear*, *Pro Photo* primaries
 620     AP0_to_RIMM = [1.2412367771, -0.1685692287, -0.0726675484,
 621                    0.0061203066, 1.083151174, -0.0892714806,
 622                    -0.0032853314, 0.0099796402, 0.9933056912]
 623
 624     cs = create_matrix_colorspace(
 625         'Linear - RIMM ROMM (ProPhoto)',
 626         from_reference_values=[AP0_to_RIMM],
 627         aliases=['lin_prophoto', 'lin_rimm'])
 628     colorspaces.append(cs)
 629
 630     # -------------------------------------------------------------------------
 631     # Adobe RGB
 632     # -------------------------------------------------------------------------
 633     # *ACES* to *Linear*, *Adobe RGB* primaries
 634     AP0_to_ADOBERGB = [1.7245603168, -0.4199935942, -0.3045667227,
 635                        -0.2764799142, 1.3727190877, -0.0962391734,
 636                        -0.0261255258, -0.0901747807, 1.1163003065]
 637
 638     cs = create_matrix_colorspace(
 639         'Linear - Adobe RGB',
 640         from_reference_values=[AP0_to_ADOBERGB],
 641         aliases=['lin_adobergb'])
 642     colorspaces.append(cs)
 643
 644     # -------------------------------------------------------------------------
 645     # Adobe Wide Gamut RGB
 646     # -------------------------------------------------------------------------
 647     # *ACES* to *Linear*, *Adobe Wide Gamut RGB* primaries
 648     AP0_to_ADOBERGB = [1.3809814778, -0.1158594573, -0.2651220205,
 649                        0.0057015535, 1.0402949043, -0.0459964578,
 650                        -0.0038908746, -0.0597091815, 1.0636000561]
 651
 652     cs = create_matrix_colorspace(
 653         'Linear - Adobe Wide Gamut RGB',
 654         from_reference_values=[AP0_to_ADOBERGB],
 655         aliases=['lin_adobewidegamutrgb'])
 656     colorspaces.append(cs)
 657
 658     return colorspaces
 659
 660
 661 def create_raw():
 662     """
 663     Creates the *raw* color space
 664
 665     Parameters
 666     ----------
 667     None
 668
 669     Returns
 670     -------
 671     ColorSpace
 672          *raw* and all its identifying information
 673     """
 674     # *Raw* utility space
 675     name = 'Raw'
 676     raw = ColorSpace(name)
 677     raw.description = 'The %s color space' % name
 678     raw.aliases = ['raw']
 679     raw.equality_group = name
 680     raw.family = 'Utility'
 681     raw.is_data = True
 682
 683     return raw