git.sesse.net Git - movit/blob - 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
   8 using namespace Eigen;
   9
  10 // Color coordinates from Rec. 709; sRGB uses the same primaries.
  11 double rec709_x_R = 0.640,  rec709_x_G = 0.300,  rec709_x_B = 0.150;
  12 double rec709_y_R = 0.330,  rec709_y_G = 0.600,  rec709_y_B = 0.060;
  13
  14 // Color coordinates from Rec. 601. (Separate for 525- and 625-line systems.)
  15 double rec601_525_x_R = 0.630, rec601_525_x_G = 0.310, rec601_525_x_B = 0.155;
  16 double rec601_525_y_R = 0.340, rec601_525_y_G = 0.595, rec601_525_y_B = 0.070;
  17 double rec601_625_x_R = 0.640, rec601_625_x_G = 0.290, rec601_625_x_B = 0.150;
  18 double rec601_625_y_R = 0.330, rec601_625_y_G = 0.600, rec601_625_y_B = 0.060;
  19
  20 // The D65 white point. Given in both Rec. 601 and 709.
  21 double d65_x = 0.3127, d65_y = 0.3290;
  22
  23 ColorspaceConversionEffect::ColorspaceConversionEffect()
  24         : source_space(COLORSPACE_sRGB),
  25           destination_space(COLORSPACE_sRGB)
  26 {
  27         register_int("source_space", (int *)&source_space);
  28         register_int("destination_space", (int *)&destination_space);
  29 }
  30
  31 Matrix3d get_xyz_matrix(Colorspace space)
  32 {
  33         if (space == COLORSPACE_XYZ) {
  34                 return Matrix3d::Identity();
  35         }
  36
  37         double x_R, x_G, x_B;
  38         double y_R, y_G, y_B;
  39
  40         switch (space) {
  41         case COLORSPACE_REC_709:  // And sRGB.
  42                 x_R = rec709_x_R; x_G = rec709_x_G; x_B = rec709_x_B;
  43                 y_R = rec709_y_R; y_G = rec709_y_G; y_B = rec709_y_B;
  44                 break;
  45         case COLORSPACE_REC_601_525:
  46                 x_R = rec601_525_x_R; x_G = rec601_525_x_G; x_B = rec601_525_x_B;
  47                 y_R = rec601_525_y_R; y_G = rec601_525_y_G; y_B = rec601_525_y_B;
  48                 break;
  49         case COLORSPACE_REC_601_625:
  50                 x_R = rec601_625_x_R; x_G = rec601_625_x_G; x_B = rec601_625_x_B;
  51                 y_R = rec601_625_y_R; y_G = rec601_625_y_G; y_B = rec601_625_y_B;
  52                 break;
  53         default:
  54                 assert(false);
  55         }
  56
  57         // Recover z = 1 - x - y.
  58         double z_R = 1.0 - x_R - y_R;
  59         double z_G = 1.0 - x_G - y_G;
  60         double z_B = 1.0 - x_B - y_B;
  61
  62         // Find the XYZ coordinates of D65 (white point for both Rec. 601 and 709),
  63         // normalized so that Y=1.
  64         Vector3d d65_XYZ(
  65                 d65_x / d65_y,
  66                 1.0,
  67                 (1.0 - d65_x - d65_y) / d65_y
  68         );
  69
  70         // We have, for each primary (example is with red):
  71         //
  72         //   X_R / (X_R + Y_R + Z_R) = x_R
  73         //   Y_R / (X_R + Y_R + Z_R) = y_R
  74         //   Z_R / (X_R + Y_R + Z_R) = z_R
  75         //
  76         // Some algebraic fiddling yields (unsurprisingly):
  77         //
  78         //   X_R = (x_R / y_R) Y_R
  79         //   Z_R = (z_R / y_R) Y_R
  80         //
  81         // We also know that since RGB=(1,1,1) should give us the
  82         // D65 illuminant, we must have
  83         //
  84         //   X_R + X_G + X_B = D65_X
  85         //   Y_R + Y_G + Y_B = D65_Y
  86         //   Z_R + Z_G + Z_B = D65_Z
  87         //
  88         // But since we already know how to express Y and Z by
  89         // some constant multiple of X, this reduces to
  90         //
  91         //   k1 Y_R + k2 Y_G + k3 Y_B = D65_X
  92         //      Y_R +    Y_G +    Y_B = D65_Y
  93         //   k4 Y_R + k5 Y_G + k6 Y_B = D65_Z
  94         //
  95         // Which we can solve for (Y_R, Y_G, Y_B) by inverting a 3x3 matrix.
  96
  97         Matrix3d temp;
  98         temp(0,0) = x_R / y_R;
  99         temp(0,1) = x_G / y_G;
 100         temp(0,2) = x_B / y_B;
 101
 102         temp(1,0) = 1.0;
 103         temp(1,1) = 1.0;
 104         temp(1,2) = 1.0;
 105
 106         temp(2,0) = z_R / y_R;
 107         temp(2,1) = z_G / y_G;
 108         temp(2,2) = z_B / y_B;
 109
 110         Vector3d Y_RGB = temp.inverse() * d65_XYZ;
 111
 112         // Now convert xyY -> XYZ.
 113         double X_R = temp(0,0) * Y_RGB[0];
 114         double Z_R = temp(2,0) * Y_RGB[0];
 115
 116         double X_G = temp(0,1) * Y_RGB[1];
 117         double Z_G = temp(2,1) * Y_RGB[1];
 118
 119         double X_B = temp(0,2) * Y_RGB[2];
 120         double Z_B = temp(2,2) * Y_RGB[2];
 121
 122         Matrix3d m;
 123         m(0,0) = X_R;      m(0,1) = X_G;      m(0,2) = X_B;
 124         m(1,0) = Y_RGB[0]; m(1,1) = Y_RGB[1]; m(1,2) = Y_RGB[2];
 125         m(2,0) = Z_R;      m(2,1) = Z_G;      m(2,2) = Z_B;
 126
 127         return m;
 128 }
 129
 130 std::string ColorspaceConversionEffect::output_fragment_shader()
 131 {
 132         // Create a matrix to convert from source space -> XYZ,
 133         // another matrix to convert from XYZ -> destination space,
 134         // and then concatenate the two.
 135         //
 136         // Since we right-multiply the RGB column vector, the matrix
 137         // concatenation order needs to be the opposite of the operation order.
 138         Matrix3d source_space_to_xyz = get_xyz_matrix(source_space);
 139         Matrix3d xyz_to_destination_space = get_xyz_matrix(destination_space).inverse();
 140         Matrix3d m = xyz_to_destination_space * source_space_to_xyz;
 141
 142         return output_glsl_mat3("PREFIX(conversion_matrix)", m) +
 143                 read_file("colorspace_conversion_effect.frag");
 144 }