Move the XYZ (Y=1) definition of D65 to d65.h.
[movit] / colorspace_conversion_effect.cpp
1 #include <assert.h>
2
3 #include <Eigen/LU>
4
5 #include "colorspace_conversion_effect.h"
6 #include "util.h"
7 #include "d65.h"
8
9 using namespace Eigen;
10
11 // Color coordinates from Rec. 709; sRGB uses the same primaries.
12 static const double rec709_x_R = 0.640, rec709_x_G = 0.300, rec709_x_B = 0.150;
13 static const double rec709_y_R = 0.330, rec709_y_G = 0.600, rec709_y_B = 0.060;
14
15 // Color coordinates from Rec. 601. (Separate for 525- and 625-line systems.)
16 static const double rec601_525_x_R = 0.630, rec601_525_x_G = 0.310, rec601_525_x_B = 0.155;
17 static const double rec601_525_y_R = 0.340, rec601_525_y_G = 0.595, rec601_525_y_B = 0.070;
18 static const double rec601_625_x_R = 0.640, rec601_625_x_G = 0.290, rec601_625_x_B = 0.150;
19 static const double rec601_625_y_R = 0.330, rec601_625_y_G = 0.600, rec601_625_y_B = 0.060;
20
21 ColorspaceConversionEffect::ColorspaceConversionEffect()
22         : source_space(COLORSPACE_sRGB),
23           destination_space(COLORSPACE_sRGB)
24 {
25         register_int("source_space", (int *)&source_space);
26         register_int("destination_space", (int *)&destination_space);
27 }
28
29 Matrix3d get_xyz_matrix(Colorspace space)
30 {
31         if (space == COLORSPACE_XYZ) {
32                 return Matrix3d::Identity();
33         }
34
35         double x_R, x_G, x_B;
36         double y_R, y_G, y_B;
37
38         switch (space) {
39         case COLORSPACE_REC_709:  // And sRGB.
40                 x_R = rec709_x_R; x_G = rec709_x_G; x_B = rec709_x_B;
41                 y_R = rec709_y_R; y_G = rec709_y_G; y_B = rec709_y_B;
42                 break;
43         case COLORSPACE_REC_601_525:
44                 x_R = rec601_525_x_R; x_G = rec601_525_x_G; x_B = rec601_525_x_B;
45                 y_R = rec601_525_y_R; y_G = rec601_525_y_G; y_B = rec601_525_y_B;
46                 break;
47         case COLORSPACE_REC_601_625:
48                 x_R = rec601_625_x_R; x_G = rec601_625_x_G; x_B = rec601_625_x_B;
49                 y_R = rec601_625_y_R; y_G = rec601_625_y_G; y_B = rec601_625_y_B;
50                 break;
51         default:
52                 assert(false);
53         }
54
55         // Recover z = 1 - x - y.
56         double z_R = 1.0 - x_R - y_R;
57         double z_G = 1.0 - x_G - y_G;
58         double z_B = 1.0 - x_B - y_B;
59
60         // We have, for each primary (example is with red):
61         //
62         //   X_R / (X_R + Y_R + Z_R) = x_R
63         //   Y_R / (X_R + Y_R + Z_R) = y_R
64         //   Z_R / (X_R + Y_R + Z_R) = z_R
65         //
66         // Some algebraic fiddling yields (unsurprisingly):
67         //
68         //   X_R = (x_R / y_R) Y_R
69         //   Z_R = (z_R / y_R) Y_R
70         //
71         // We also know that since RGB=(1,1,1) should give us the
72         // D65 illuminant, we must have
73         //
74         //   X_R + X_G + X_B = D65_X
75         //   Y_R + Y_G + Y_B = D65_Y
76         //   Z_R + Z_G + Z_B = D65_Z
77         //
78         // But since we already know how to express Y and Z by
79         // some constant multiple of X, this reduces to
80         //
81         //   k1 Y_R + k2 Y_G + k3 Y_B = D65_X
82         //      Y_R +    Y_G +    Y_B = D65_Y
83         //   k4 Y_R + k5 Y_G + k6 Y_B = D65_Z
84         //
85         // Which we can solve for (Y_R, Y_G, Y_B) by inverting a 3x3 matrix.
86
87         Matrix3d temp;
88         temp(0,0) = x_R / y_R;
89         temp(0,1) = x_G / y_G;
90         temp(0,2) = x_B / y_B;
91
92         temp(1,0) = 1.0;
93         temp(1,1) = 1.0;
94         temp(1,2) = 1.0;
95
96         temp(2,0) = z_R / y_R;
97         temp(2,1) = z_G / y_G;
98         temp(2,2) = z_B / y_B;
99
100         Vector3d d65_XYZ(d65_X, d65_Y, d65_Z);
101         Vector3d Y_RGB = temp.inverse() * d65_XYZ;
102
103         // Now convert xyY -> XYZ.
104         double X_R = temp(0,0) * Y_RGB[0];
105         double Z_R = temp(2,0) * Y_RGB[0];
106
107         double X_G = temp(0,1) * Y_RGB[1];
108         double Z_G = temp(2,1) * Y_RGB[1];
109
110         double X_B = temp(0,2) * Y_RGB[2];
111         double Z_B = temp(2,2) * Y_RGB[2];
112
113         Matrix3d m;
114         m(0,0) = X_R;      m(0,1) = X_G;      m(0,2) = X_B;
115         m(1,0) = Y_RGB[0]; m(1,1) = Y_RGB[1]; m(1,2) = Y_RGB[2];
116         m(2,0) = Z_R;      m(2,1) = Z_G;      m(2,2) = Z_B;
117
118         return m;
119 }
120
121 std::string ColorspaceConversionEffect::output_fragment_shader()
122 {
123         // Create a matrix to convert from source space -> XYZ,
124         // another matrix to convert from XYZ -> destination space,
125         // and then concatenate the two.
126         //
127         // Since we right-multiply the RGB column vector, the matrix
128         // concatenation order needs to be the opposite of the operation order.
129         Matrix3d source_space_to_xyz = get_xyz_matrix(source_space);
130         Matrix3d xyz_to_destination_space = get_xyz_matrix(destination_space).inverse();
131         Matrix3d m = xyz_to_destination_space * source_space_to_xyz;
132
133         return output_glsl_mat3("PREFIX(conversion_matrix)", m) +
134                 read_file("colorspace_conversion_effect.frag");
135 }