Make some constants static const.
[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
8 using namespace Eigen;
9
10 // Color coordinates from Rec. 709; sRGB uses the same primaries.
11 static const double rec709_x_R = 0.640, rec709_x_G = 0.300, rec709_x_B = 0.150;
12 static const 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 static const double rec601_525_x_R = 0.630, rec601_525_x_G = 0.310, rec601_525_x_B = 0.155;
16 static const double rec601_525_y_R = 0.340, rec601_525_y_G = 0.595, rec601_525_y_B = 0.070;
17 static const double rec601_625_x_R = 0.640, rec601_625_x_G = 0.290, rec601_625_x_B = 0.150;
18 static const 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 static const 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 }