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 #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         // Find the XYZ coordinates of D65 (white point for both Rec. 601 and 709),
  61         // normalized so that Y=1.
  62         Vector3d d65_XYZ(
  63                 d65_x / d65_y,
  64                 1.0,
  65                 d65_z / d65_y
  66         );
  67
  68         // We have, for each primary (example is with red):
  69         //
  70         //   X_R / (X_R + Y_R + Z_R) = x_R
  71         //   Y_R / (X_R + Y_R + Z_R) = y_R
  72         //   Z_R / (X_R + Y_R + Z_R) = z_R
  73         //
  74         // Some algebraic fiddling yields (unsurprisingly):
  75         //
  76         //   X_R = (x_R / y_R) Y_R
  77         //   Z_R = (z_R / y_R) Y_R
  78         //
  79         // We also know that since RGB=(1,1,1) should give us the
  80         // D65 illuminant, we must have
  81         //
  82         //   X_R + X_G + X_B = D65_X
  83         //   Y_R + Y_G + Y_B = D65_Y
  84         //   Z_R + Z_G + Z_B = D65_Z
  85         //
  86         // But since we already know how to express Y and Z by
  87         // some constant multiple of X, this reduces to
  88         //
  89         //   k1 Y_R + k2 Y_G + k3 Y_B = D65_X
  90         //      Y_R +    Y_G +    Y_B = D65_Y
  91         //   k4 Y_R + k5 Y_G + k6 Y_B = D65_Z
  92         //
  93         // Which we can solve for (Y_R, Y_G, Y_B) by inverting a 3x3 matrix.
  94
  95         Matrix3d temp;
  96         temp(0,0) = x_R / y_R;
  97         temp(0,1) = x_G / y_G;
  98         temp(0,2) = x_B / y_B;
  99
 100         temp(1,0) = 1.0;
 101         temp(1,1) = 1.0;
 102         temp(1,2) = 1.0;
 103
 104         temp(2,0) = z_R / y_R;
 105         temp(2,1) = z_G / y_G;
 106         temp(2,2) = z_B / y_B;
 107
 108         Vector3d Y_RGB = temp.inverse() * d65_XYZ;
 109
 110         // Now convert xyY -> XYZ.
 111         double X_R = temp(0,0) * Y_RGB[0];
 112         double Z_R = temp(2,0) * Y_RGB[0];
 113
 114         double X_G = temp(0,1) * Y_RGB[1];
 115         double Z_G = temp(2,1) * Y_RGB[1];
 116
 117         double X_B = temp(0,2) * Y_RGB[2];
 118         double Z_B = temp(2,2) * Y_RGB[2];
 119
 120         Matrix3d m;
 121         m(0,0) = X_R;      m(0,1) = X_G;      m(0,2) = X_B;
 122         m(1,0) = Y_RGB[0]; m(1,1) = Y_RGB[1]; m(1,2) = Y_RGB[2];
 123         m(2,0) = Z_R;      m(2,1) = Z_G;      m(2,2) = Z_B;
 124
 125         return m;
 126 }
 127
 128 std::string ColorspaceConversionEffect::output_fragment_shader()
 129 {
 130         // Create a matrix to convert from source space -> XYZ,
 131         // another matrix to convert from XYZ -> destination space,
 132         // and then concatenate the two.
 133         //
 134         // Since we right-multiply the RGB column vector, the matrix
 135         // concatenation order needs to be the opposite of the operation order.
 136         Matrix3d source_space_to_xyz = get_xyz_matrix(source_space);
 137         Matrix3d xyz_to_destination_space = get_xyz_matrix(destination_space).inverse();
 138         Matrix3d m = xyz_to_destination_space * source_space_to_xyz;
 139
 140         return output_glsl_mat3("PREFIX(conversion_matrix)", m) +
 141                 read_file("colorspace_conversion_effect.frag");
 142 }