aces_1.0.1/python/aces_ocio/colorspaces/panasonic_gh4.py

   1 #!/usr/bin/env python
   2 # -*- coding: utf-8 -*-
   3
   4 """
   5 Implements support for *Panasonic GH4* colorspaces conversions and transfer
   6 functions based on empirical data.
   7 """
   8 from panasonic_gh4_data import *
   9
  10 import numpy as np
  11 from scipy import interpolate
  12 import matplotlib.pyplot as plt
  13 import math, sys
  14
  15 import array
  16 import os
  17
  18 import PyOpenColorIO as ocio
  19
  20 import aces_ocio.generate_lut as genlut
  21 from aces_ocio.utilities import ColorSpace
  22
  23 __author__ = 'Martin Schitter'
  24 __copyright__ = 'Copyright (C) 2015 - Martin Schitter'
  25 __license__ = 'GNU General Public License'
  26 __maintainer__ = 'Martin Schitter'
  27 __email__ = 'ms+aces@mur.at'
  28 __status__ = 'Experimental'
  29
  30 __all__ = ['create_gh4_style',
  31            'create_colorspaces']
  32 styles = {
  33     'Scenery': [0.0079310344827586213, 0.017241379310344827,
  34     0.053448275862068968, 0.27517241379310342, 0.7501724137931034,
  35     1.3010344827586207, 2.1315517241379309, 3.0501724137931037,
  36     4.3113793103448277, 5.8546551724137927, 7.9153448275862068,
  37     10.296551724137931, 13.276896551724137, 16.769310344827588,
  38     21.641896551724138, 27.386034482758621, 34.62258620689655,
  39     43.353448275862071, 53.682931034482756, 65.670000000000002,
  40     80.268275862068961, 102.43344827586206, 116.53896551724138,
  41     134.62586206896552, 156.84931034482759, 170.11293103448276,
  42     184.20775862068965, 196.58258620689656, 207.89155172413794,
  43     217.53241379310344, 227.18224137931034, 236.08120689655172,
  44     244.85396551724139, 252.55293103448275, 254.95758620689656,
  45     255.0, 255.0, 255.0, 255.0, 255.0],
  46
  47     'Natural': [0.032758620689655175, 0.048275862068965517,
  48     0.16224137931034482, 0.4613793103448276, 1.0034482758620689,
  49     1.7708620689655172, 2.6732758620689654, 3.9575862068965519,
  50     5.5139655172413793, 7.4403448275862072, 9.6510344827586199,
  51     12.639310344827587, 16.452758620689654, 20.901551724137931,
  52     26.867241379310343, 34.115862068965519, 43.008448275862072,
  53     52.998448275862067, 64.548103448275867, 76.758448275862065,
  54     90.370862068965522, 109.64431034482759, 121.71120689655173,
  55     137.56103448275863, 157.60396551724139, 169.77672413793104,
  56     182.39965517241379, 194.02293103448275, 205.00258620689655,
  57     214.89431034482757, 224.41034482758621, 233.6396551724138,
  58     242.20258620689654, 250.67862068965516, 254.0, 254.0, 254.0,
  59     254.0, 254.0, 254.0],
  60
  61     'Vivid': [0.0013793103448275861, 0.0025862068965517241,
  62     0.024482758620689656, 0.11120689655172414, 0.16810344827586207,
  63     0.79741379310344829, 1.2001724137931034, 1.9437931034482758,
  64     2.9256896551724139, 4.0244827586206897, 5.4912068965517244,
  65     7.490344827586207, 10.088448275862069, 13.246379310344828,
  66     17.292586206896551, 22.015862068965518, 28.217068965517242,
  67     35.784310344827588, 44.731379310344828, 56.00931034482759,
  68     70.820689655172416, 93.825344827586207, 108.79879310344828,
  69     128.2251724137931, 152.32620689655172, 166.44137931034481,
  70     181.00758620689655, 193.65810344827585, 205.37741379310344,
  71     215.1153448275862, 224.87586206896552, 234.14637931034483,
  72     242.44327586206896, 250.86465517241379, 254.98724137931035,
  73     255.0, 255.0, 255.0, 255.0, 255.0],
  74
  75     'Cinelike-D': [0.21293103448275863, 0.27379310344827584,
  76     0.55500000000000005, 1.0448275862068965, 1.5686206896551724,
  77     2.7260344827586205, 3.9756896551724137, 5.5051724137931037,
  78     7.6129310344827585, 10.310344827586206, 13.517931034482759,
  79     17.027586206896551, 21.260862068965519, 25.73741379310345,
  80     30.967241379310344, 37.214310344827588, 44.142931034482757,
  81     51.230689655172412, 58.622068965517244, 66.37155172413793,
  82     75.241034482758621, 88.354310344827582, 96.904655172413797,
  83     108.34051724137932, 125.1453448275862, 136.35637931034483,
  84     150.76827586206898, 168.86913793103449, 185.40758620689655,
  85     200.0305172413793, 213.47120689655173, 227.06482758620689,
  86     242.42689655172413, 253.55879310344827, 254.97620689655173,
  87     255.0, 255.0, 255.0, 255.0, 255.0],
  88
  89     'V-Log': [31.429137931034482, 31.752758620689654,
  90     31.977413793103448, 32.531551724137934, 32.976551724137934,
  91     33.822586206896553, 34.706206896551727, 36.100344827586206,
  92     37.966551724137929, 40.231724137931032, 42.8301724137931,
  93     46.389482758620687, 50.373103448275863, 54.91965517241379,
  94     60.101724137931036, 65.1351724137931, 70.557586206896545,
  95     76.224827586206899, 81.544655172413798, 87.275517241379305,
  96     93.204999999999998, 100.89396551724138, 105.2244827586207,
  97     111.05396551724138, 118.80051724137931, 123.33396551724138,
  98     129.31517241379311, 135.62620689655174, 141.68793103448274,
  99     148.09086206896552, 154.73741379310346, 160.67603448275861,
 100     167.00999999999999, 173.17275862068965, 179.17706896551724,
 101     185.62896551724137, 190.93706896551726, 191.0, 191.0, 191.0],
 102
 103     'Standard': [0.019827586206896553, 0.030344827586206897,
 104     0.1296551724137931, 0.39862068965517239, 0.84431034482758616,
 105     1.5265517241379309, 2.3403448275862071, 3.3762068965517242,
 106     4.9127586206896554, 6.6224137931034486, 8.8127586206896549,
 107     11.51948275862069, 14.727241379310344, 18.599482758620688,
 108     23.895862068965517, 30.157413793103448, 38.333275862068966,
 109     47.146724137931038, 57.659999999999997, 68.3953448275862,
 110     81.231034482758616, 99.765517241379314, 111.80913793103448,
 111     127.22586206896551, 147.36137931034483, 160.73448275862069,
 112     174.77620689655171, 188.09258620689656, 200.56137931034482,
 113     212.24275862068964, 222.05310344827586, 231.96775862068966,
 114     240.85534482758621, 250.1894827586207, 255.0, 255.0, 255.0,
 115     255.0, 255.0, 255.0],
 116
 117     'BW': [0.012068965517241379, 0.03017241379310345,
 118     0.15879310344827585, 0.40379310344827585, 1.039655172413793,
 119     1.5532758620689655, 2.5448275862068965, 3.6275862068965519,
 120     5.1298275862068969, 7.1593103448275865, 9.1227586206896554,
 121     12.219482758620689, 15.602413793103448, 19.667068965517242,
 122     25.558793103448277, 32.138103448275864, 40.762413793103448,
 123     50.295862068965519, 61.059655172413791, 72.762758620689652,
 124     86.235172413793109, 105.61879310344827, 118.42362068965517,
 125     134.05362068965516, 155.23034482758621, 168.7403448275862,
 126     182.65913793103448, 195.72913793103447, 208.67896551724138,
 127     220.05086206896553, 229.83293103448275, 238.34137931034482,
 128     246.78810344827585, 254.53086206896552, 255.0, 255.0, 255.0,
 129     255.0, 255.0, 255.0],
 130
 131     'Cinelike-V': [0.0, 0.0, 0.00034482758620689653,
 132     0.017586206896551725, 0.16534482758620689, 0.71965517241379307,
 133     1.0924137931034483, 1.8994827586206897, 2.7312068965517242,
 134     3.7174137931034483, 5.0798275862068962, 7.0439655172413795,
 135     9.4998275862068962, 12.756379310344828, 17.174827586206895,
 136     22.375, 29.295000000000002, 37.235344827586204,
 137     47.138448275862068, 58.181034482758619, 71.008103448275861,
 138     89.295000000000002, 101.09810344827586, 117.49913793103448,
 139     138.71793103448275, 152.10293103448276, 166.64051724137931,
 140     181.39448275862068, 194.29568965517242, 206.1453448275862,
 141     218.05224137931035, 229.84310344827585, 243.2646551724138,
 142     254.25103448275863, 254.99310344827586, 255.0, 255.0, 255.0,
 143     255.0, 255.0],
 144
 145     'Portrait': [0.044999999999999998, 0.10706896551724138,
 146     0.21482758620689654, 0.61827586206896556, 1.258448275862069,
 147     1.9755172413793103, 2.8977586206896553, 4.243620689655172,
 148     5.7982758620689658, 7.8572413793103451, 10.573620689655172,
 149     13.566896551724138, 17.62396551724138, 22.091724137931035,
 150     28.537068965517243, 36.138103448275864, 45.346551724137932,
 151     55.862241379310348, 67.451379310344834, 79.880689655172418,
 152     94.139827586206891, 113.69862068965517, 126.13396551724138,
 153     141.94724137931036, 161.84068965517241, 173.89344827586206,
 154     186.02206896551724, 196.99051724137931, 207.93103448275863,
 155     217.54758620689654, 227.05655172413793, 235.96586206896552,
 156     245.08810344827586, 253.00948275862069, 253.97603448275862,
 157     254.0, 254.0, 254.0, 254.0, 254.0],
 158
 159     'Custom': [0.039310344827586205, 0.1, 0.31086206896551727,
 160     0.73482758620689659, 1.3484482758620691, 2.046551724137931,
 161     3.1565517241379308, 4.5710344827586207, 6.1872413793103451,
 162     8.3953448275862073, 10.947068965517241, 14.126724137931035,
 163     18.054827586206898, 22.778965517241378, 29.185689655172414,
 164     36.938448275862072, 45.952931034482759, 56.380000000000003,
 165     67.094310344827591, 79.601724137931029, 93.560000000000002,
 166     113.16017241379311, 125.54551724137932, 141.44189655172414,
 167     162.21155172413793, 174.12517241379311, 186.3755172413793,
 168     199.36862068965516, 211.13103448275862, 221.01068965517243,
 169     230.70120689655172, 239.67758620689656, 249.01879310344827,
 170     254.96413793103449, 255.0, 255.0, 255.0, 255.0, 255.0, 255.0]
 171 }
 172
 173 def prepare_photostyle_to_linear(style, legal_range=False, debug_plot=False):
 174
 175     # 18% gray card exposure offset
 176     corr = 16.5
 177
 178     exp = np.linspace( (corr-39)/3.0, corr/3.0, 40)
 179     l = np.power(2, exp) * 0.18
 180     vals = np.array(styles[style])
 181     if legal_range:
 182         vals = vals/255.0 * (235-16)/255.0 + 16/255.0
 183     else:
 184         vals = vals/255.0
 185
 186     # remove visible edges at some exposure values
 187     print 'DIR:', dir()
 188     for n in [24, 21, 4]:
 189         if debug_plot:
 190             plt.semilogy(vals[n], l[n], 'bx' )
 191         vals = np.delete(vals, n)
 192         l = np.delete(l, n)
 193
 194     # modify equal values to get an invertable monotone function
 195     force_monotone = np.linspace(0,0.00001,len(vals))
 196     vals = vals+force_monotone
 197
 198     #interp = interpolate.Akima1DInterpolator(vals, l)
 199     interp = interpolate.PchipInterpolator(vals, l, extrapolate=False)
 200
 201     if debug_plot:
 202         plt.semilogy(vals, l, 'b+' )
 203         x = np.linspace(0., 1.0, 4096)
 204         y = interp(x)
 205         plt.semilogy(x, y, 'r.', ms=1 )
 206         x = np.linspace(0., 1.0, 256)
 207         y = interp(x)
 208         plt.semilogy(x, y, 'bo', ms=2 )
 209         plt.show()
 210
 211     return interp
 212
 213
 214 def create_gh4_style(gamut,
 215                      transfer_function,
 216                      lut_directory,
 217                      lut_resolution_1d,
 218                      aliases,
 219                      legal_range,
 220                      style,
 221                      variant=''):
 222     """
 223     Creates colorspace covering the conversion from GH4 picture styles
 224     to ACES based on empirical data
 225
 226     Parameters
 227     ----------
 228     gamut : str
 229         The name of the encoding gamut to use.
 230     transfer_function : str
 231         The name of the transfer function to use
 232     lut_directory : str or unicode
 233         The directory to use when generating LUTs
 234     lut_resolution_1d : int
 235         The resolution of generated 1D LUTs
 236     aliases : list of str
 237         Aliases for this colorspace
 238     legal_range: bool
 239         Add legal range shaper
 240     style : str
 241         Associated Photo Style
 242     variant : str
 243         Variant of processing
 244
 245     Returns
 246     -------
 247     ColorSpace
 248     A ColorSpace container class referencing the LUTs, matrices
 249     and identifying information for the requested colorspace.
 250     """
 251
 252     if legal_range:
 253         legal_str = 'Legal range '
 254     else:
 255         legal_str = ''
 256
 257     name = ('%sGH4-%s - GH4-%s-Gamut %s' % ( legal_str, transfer_function,
 258                                             gamut, variant)).strip()
 259     if transfer_function == '':
 260         name = ('Linear - GH4-%s-Gamut %s' % (gamut, variant)).strip()
 261     if gamut == '':
 262         name = 'Curve - %sGH4-%s' % (legal_str, transfer_function)
 263
 264     cs = ColorSpace(name)
 265     cs.description = name
 266     cs.aliases = aliases
 267     cs.equality_group = ''
 268     cs.family = 'Input/Panasonic/GH4 %s' %style
 269     cs.is_data = False
 270
 271     # A linear space needs allocation variables
 272     if transfer_function == '':
 273         cs.allocation_type = ocio.Constants.ALLOCATION_LG2
 274         cs.allocation_vars = [-8, 6, 0.00390625]
 275
 276     cs.to_reference_transforms = []
 277
 278     if transfer_function != '':
 279
 280         if legal_range:
 281             lut = 'gh4_%s_legal_to_linear.spi1d' % transfer_function.lower()
 282         else:
 283             lut = 'gh4_%s_to_linear.spi1d' % transfer_function.lower()
 284         f = prepare_photostyle_to_linear(transfer_function, legal_range)
 285
 286         dom = np.linspace(0.0, 1.0, lut_resolution_1d)
 287         data = f(dom)
 288
 289         # constant extrapolation
 290         data_min = np.nanmin(data)
 291         data_max = np.nanmax(data)
 292         inds = np.where(np.isnan(data))
 293         for i in inds[0]:
 294             if i < lut_resolution_1d/2:
 295                 data[i] = data_min
 296                 #data[i] = 0.0
 297             else:
 298                 data[i] = data_max
 299
 300         genlut.write_SPI_1d(
 301             os.path.join(lut_directory, lut),
 302             0.0,
 303             1.0,
 304             data,
 305             lut_resolution_1d,
 306             1)
 307
 308         cs.to_reference_transforms.append({
 309             'type': 'lutFile',
 310             'path': lut,
 311             'interpolation': 'linear',
 312             'direction': 'forward'})
 313
 314     #
 315     # matrix calculations based on:
 316     # http://www.colour-science.org
 317     #
 318
 319     if gamut != '':
 320
 321         # Lin -> XYZ
 322
 323         if gamut == 'V-Log':
 324             cs.to_reference_transforms.append({
 325                 'type': 'matrix',
 326                 # colour.V_GAMUT_COLOURSPACE.RGB_to_XYZ_matrix
 327                 'matrix': [0.679644,  0.152211,  0.1186 , 0.,
 328                            0.260686,  0.774894, -0.03558, 0.,
 329                            -0.00931 , -0.004612,  1.10298, 0.,
 330                            0, 0, 0,  1.],
 331                  'direction': 'forward'})
 332         else:
 333             cs.to_reference_transforms.append({
 334                 'type': 'matrix',
 335                 # colour.sRGB_COLOURSPACE.RGB_to_XYZ_matrix
 336                 'matrix': [0.41238656,  0.35759149,  0.18045049, 0.0,
 337                            0.21263682,  0.71518298,  0.0721802 , 0.0,
 338                            0.01933062,  0.11919716,  0.95037259, 0.0,
 339                            0, 0, 0, 1.0],
 340                 'direction': 'forward'})
 341
 342         # D65 -> D50 adaption
 343         #
 344         # colour.chromatic_adaptation_matrix_VonKries(
 345         #    colour.xy_to_XYZ(c.sRGB_COLOURSPACE.whitepoint),
 346         #    colour.xy_to_XYZ(colour.ILLUMINANTS[
 347         #        'CIE 1931 2 Degree Standard Observer']['D50']), 'CAT02')
 348         #
 349
 350         cs.to_reference_transforms.append({
 351             'type': 'matrix',
 352             'matrix': [1.04251352,  0.03083262, -0.05276445, 0.0,
 353                        0.0221519 ,  1.00187227, -0.02105432, 0.0,
 354                        -0.00116356, -0.00341802,  0.76197255, 0.0,
 355                        0, 0, 0, 1.0],
 356             'direction': 'forward'})
 357
 358         if variant == ('XYZ'):
 359             cs.from_reference_transforms = []
 360             return cs
 361
 362         if variant == ('Calibrated'):
 363             wb = [0.]*16
 364             wb[0] = 1/calibration_wb[style][0]
 365             wb[5] = 1/calibration_wb[style][1]
 366             wb[10] = 1/calibration_wb[style][2]
 367             wb[15] = 1.0
 368             cs.to_reference_transforms.append({
 369                 'type': 'matrix',
 370                 'matrix': wb,
 371                 'direction': 'forward'})
 372
 373             # calibrat_matrices = clibration_matrices_argyll
 374
 375             cs.to_reference_transforms.append({
 376                 'type': 'matrix',
 377                 'matrix': (calibration_matrices[style][0] + [0.0] +
 378                            calibration_matrices[style][1] + [0.0] +
 379                            calibration_matrices[style][2] + [0.0] +
 380                            [0, 0, 0, 1.0]),
 381                 'direction': 'forward'})
 382
 383         # D50 -> ACES WP (~D60)
 384
 385         # colour.chromatic_adaptation_matrix_VonKries(
 386         #   colour.xy_to_XYZ(colour.ILLUMINANTS[
 387         #     'CIE 1931 2 Degree Standard Observer']['D50']),
 388         #   colour.xy_to_XYZ(colour.ACES_2065_1_COLOURSPACE.whitepoint),
 389         #   'CAT02')
 390
 391         cs.to_reference_transforms.append({
 392             'type': 'matrix',
 393             'matrix': [ 9.71197151e-01,  -2.17328334e-02,  4.59761326e-02, 0.0,
 394                         -1.56890302e-02,  1.00002082e+00,  1.83070138e-02, 0.0,
 395                         9.70076767e-04,   3.08175255e-03,  1.21767128e+00, 0.0,
 396                         0, 0, 0, 1.0],
 397             'direction': 'forward'})
 398
 399
 400         # XYZ -> ACES
 401
 402         # colour.ACES_2065_1_COLOURSPACE.XYZ_to_RGB_matrix
 403         cs.to_reference_transforms.append({
 404             'type': 'matrix',
 405             'matrix': [1.04981102e+00,   0.00000000e+00,  -9.74845410e-05, 0.,
 406                        -4.95903023e-01,  1.37331305e+00,   9.82400365e-02, 0.,
 407                        0.00000000e+00,   0.00000000e+00,   9.91252022e-01, 0.,
 408                        0, 0, 0,  1.],
 409             'direction': 'forward'})
 410
 411         #
 412         # matrix given py panasonic / calculated by nuke
 413         # for one step transformation:
 414         #
 415
 416         # if gamut == 'V-Log':
 417         #         cs.to_reference_transforms.append({
 418         #             'type': 'matrix',
 419         #             'matrix': [0.724383  ,  0.166748 ,  0.108497, 0.,
 420         #                        0.021354  ,  0.985138 , -0.006319, 0.,
 421         #                        -0.009234 , -0.001043 ,  1.010273, 0.,
 422         #                        0, 0, 0,  1.],
 423         #              'direction': 'forward'})
 424         # elif gamut != '':
 425         #         cs.to_reference_transforms.append({
 426         #             'type': 'matrix',
 427         #             'matrix': [0.43964687, 0.38298151, 0.17737158, 0.0,
 428         #                        0.08978026, 0.81343973, 0.09677973, 0.0,
 429         #                        0.01754464, 0.11155707, 0.87089837, 0.0,
 430         #                        0, 0, 0, 1.0],
 431         #             'direction': 'forward'})
 432
 433     cs.from_reference_transforms = []
 434     return cs
 435
 436
 437 def create_colorspaces(lut_directory, lut_resolution_1d):
 438     """
 439     Generates the colorspace conversions.
 440
 441     Parameters
 442     ----------
 443     lut_directory : str or unicode
 444         The directory to use when generating LUTs
 445     lut_resolution_1d : int
 446         The resolution of generated 1D LUTs
 447
 448     Returns
 449     -------
 450     list
 451          A list of colorspaces for Panasonic cameras and encodings
 452     """
 453
 454     colorspaces = []
 455
 456     styles_sort = styles.keys()
 457     styles_sort.sort()
 458
 459     for legal_range in [True, False]:
 460
 461         for style in styles_sort:
 462
 463             if legal_range:
 464                 lower_style='%s_legal' % style.lower().replace('-','_')
 465             else:
 466                 lower_style='%s' % style.lower().replace('-','_')
 467
 468             # Full conversion
 469             style_1 = create_gh4_style(
 470                 style,
 471                 style,
 472                 lut_directory,
 473                 lut_resolution_1d,
 474                 ['gh4_%s_gh4_gamut' % lower_style],
 475                 legal_range=legal_range,
 476                 style=style)
 477             colorspaces.append(style_1)
 478
 479             # Linearization Only
 480             style_2 = create_gh4_style(
 481                 '',
 482                 style,
 483                 lut_directory,
 484                 lut_resolution_1d,
 485                 ['crv_gh4_%s' % lower_style],
 486                 legal_range=legal_range,
 487                 style=style)
 488             colorspaces.append(style_2)
 489
 490             # # Linearization and XYZ conversion
 491             # # only necessary for matrix calculation
 492             #
 493             # style_3 = create_gh4_style(
 494             #     style,
 495             #     style,
 496             #     lut_directory,
 497             #     lut_resolution_1d,
 498             #     ['gh4_%s_xyz' % lower_style],
 499             #     legal_range=legal_range,
 500             #     style=style,
 501             #     variant='XYZ')
 502             # colorspaces.append(style_3)
 503
 504             # Primaries Only
 505             style_4 = create_gh4_style(
 506                 style,
 507                 '',
 508                 lut_directory,
 509                 lut_resolution_1d,
 510                 ['lin_gh4_%s_gamut' % lower_style],
 511                 legal_range=legal_range,
 512                 style=style
 513             )
 514             colorspaces.append(style_4)
 515
 516             if style != 'BW':
 517
 518                 # Full conversion calibrated
 519                 style_5 = create_gh4_style(
 520                     style,
 521                     style,
 522                     lut_directory,
 523                     lut_resolution_1d,
 524                     ['gh4_%s_gh4_calibrated_gamut'% lower_style],
 525                     legal_range=legal_range,
 526                     style=style,
 527                     variant='Calibrated')
 528                 colorspaces.append(style_5)
 529
 530                 # Primaries Only calibrated
 531                 style_6 = create_gh4_style(
 532                     style,
 533                     '',
 534                     lut_directory,
 535                     lut_resolution_1d,
 536                     ['lin_gh4_%s_calibrated_gamut'%lower_style],
 537                     legal_range=legal_range,
 538                     style=style,
 539                     variant='Calibrated')
 540                 colorspaces.append(style_6)
 541
 542
 543     return colorspaces