C++ 为sRGB到CIELAB颜色空间转换生成3DLUT（.3dl文件）

我们的API中已经有一个高度优化的类，用于读取3D Lut（Nuke格式）文件并将转换应用于图像。因此，与其逐像素迭代，并使用复杂的公式将RGB值转换为Lab（RGB->XYZ->Lab）值，不如为RGB到Lab（或XYZ到Lab）转换生成一个查找表。这可能吗

我了解3D Lut如何用于从RGB到RGB的转换，但我对RGB到实验室感到困惑，因为L、a和b的范围不同。有什么提示吗

编辑：

你能解释一下Lut是如何工作的吗？ 有一种解释：

e、 g以下是我对RGB->RGB变换的3D Lut的理解： Nuke 3dl Lut文件示例：

0    64   128   192   256   320   384   448   512   576   640   704   768   832   896   960  1023 
R, G, B 
0, 0, 0 
0, 0, 64 
0, 0, 128 
0, 0, 192 
0, 0, 256 
.
.
.
0, 64, 0
0, 64, 64
0, 64, 128
.
.

这里，不是为源10位RGB值生成1024×1024×1024表，而是将每个R、G和B范围量化为17个值，生成4913行表。 第一行给出了可能的量化值（我认为这里只有长度和最大值才重要）。现在假设，如果源RGB值是（20，20，190），那么输出将是第4行（0，0，192）（使用一些插值技术）。对吗？ 这是一个10位源代码，您可以通过将范围从0更改为255来生成一个8位的smiliar源代码

---

类似地，您将如何进行sRGB->Lab转换？

假设您的源颜色空间是三个字节（RGB，每个字节8位），并且两个颜色空间分别存储在名为

SourceColor

和

TargetColor

的结构中，您的转换函数如下所示：

TargetColor convert(SourceColor color) {
    return ...
}

TargetColor table[256][256][256]; // 16M * sizeof(TargetColor) => put on heap!

for (int r, r < 256; ++r)
  for (int g, g < 256; ++g)
    for (int b, b < 256; ++b)
      table[r][g][b] = convert({r, g, b}); // (construct SourceColor from r,g,b)

vec3 rgbToLab(vec3 rgb) {
    vec3 lab = ...;
    return lab;
}

然后可以创建如下表：

TargetColor convert(SourceColor color) {
    return ...
}

TargetColor table[256][256][256]; // 16M * sizeof(TargetColor) => put on heap!

for (int r, r < 256; ++r)
  for (int g, g < 256; ++g)
    for (int b, b < 256; ++b)
      table[r][g][b] = convert({r, g, b}); // (construct SourceColor from r,g,b)

vec3 rgbToLab(vec3 rgb) {
    vec3 lab = ...;
    return lab;
}

---

请注意，空间消耗是

16M*sizeof（TargetColor）

（假设

Lab

的32位为

64MBytes

），因此应该对表进行堆分配（如果类将位于堆上，则可以将其存储在类中，但最好使用

new[]

在构造函数中，并将其存储在智能指针中）。

假设您的源颜色空间是一个三字节组（RGB，每个字节8位），并且两个颜色空间都存储在分别名为

SourceColor

和

TargetColor

的结构中，并且您具有如下给定的转换函数：

TargetColor convert(SourceColor color) {
    return ...
}

TargetColor table[256][256][256]; // 16M * sizeof(TargetColor) => put on heap!

for (int r, r < 256; ++r)
  for (int g, g < 256; ++g)
    for (int b, b < 256; ++b)
      table[r][g][b] = convert({r, g, b}); // (construct SourceColor from r,g,b)

vec3 rgbToLab(vec3 rgb) {
    vec3 lab = ...;
    return lab;
}

然后可以创建如下表：

TargetColor convert(SourceColor color) {
    return ...
}

TargetColor table[256][256][256]; // 16M * sizeof(TargetColor) => put on heap!

for (int r, r < 256; ++r)
  for (int g, g < 256; ++g)
    for (int b, b < 256; ++b)
      table[r][g][b] = convert({r, g, b}); // (construct SourceColor from r,g,b)

vec3 rgbToLab(vec3 rgb) {
    vec3 lab = ...;
    return lab;
}

---

请注意，空间消耗是

16M*sizeof（TargetColor）

（假设

Lab

的32位为

64MBytes

），因此应该对表进行堆分配（如果类将位于堆上，则可以将其存储在类中，但最好使用

new[]

在构造函数中，并将其存储在智能指针中）。

另一种方法使用图形硬件，也称为“通用GPU计算”。有一些不同的工具，例如OpenGL GLSL、OpenCL、CUDA等。。。与CPU解决方案相比，您应该获得大约100倍甚至更多的难以置信的加速

最“兼容”的解决方案是使用OpenGL和一个特殊的片段着色器，您可以使用它执行计算。这意味着：将输入图像作为纹理上传到GPU，使用特殊的着色器程序在（目标）帧缓冲区中渲染它，该程序将RGB数据转换为Lab（或者它也可以使用查找表，但GPU上的大多数浮点计算比表/纹理查找快，因此我们在此不做此操作）

首先，将RGB-to-Lab转换函数移植到GLSL。它应该适用于浮点数，所以如果您在原始转换中使用整数值，请去掉它们。OpenGL使用“钳制”值，即介于

0.0

和

1.0

之间的浮点值。它将如下所示：

TargetColor convert(SourceColor color) {
    return ...
}

TargetColor table[256][256][256]; // 16M * sizeof(TargetColor) => put on heap!

for (int r, r < 256; ++r)
  for (int g, g < 256; ++g)
    for (int b, b < 256; ++b)
      table[r][g][b] = convert({r, g, b}); // (construct SourceColor from r,g,b)

vec3 rgbToLab(vec3 rgb) {
    vec3 lab = ...;
    return lab;
}

然后，写入着色器的其余部分，它将获取（RGB）纹理的像素，调用转换函数并将像素写入颜色输出变量（不要忘记alpha通道）：

相应的顶点着色器应在填充整个屏幕（帧缓冲区）的目标四边形的左下角写入

texCoord

值

（0,0）

，在右上角写入

（1,1）

---

最后，通过在与图像大小相同的帧缓冲区上渲染，在应用程序中使用此着色器程序。渲染一个填充整个区域的四边形（不设置任何变换，只渲染一个从2D顶点

（-1，-1）

到

（1,1）

）的四边形）。将统一值

纹理设置为作为纹理上载的RGB图像。然后，从设备中读回帧缓冲区，该缓冲区有望包含实验室颜色空间中的图像。
另一种方法是使用图形硬件，也称为“通用GPU计算”。有一些不同的工具，例如OpenGL GLSL、OpenCL、CUDA等。。。与CPU解决方案相比，您应该获得大约100倍甚至更多的难以置信的加速

最“兼容”的解决方案是使用OpenGL和一个特殊的片段着色器，您可以使用它执行计算。这意味着：将输入图像作为纹理上传到GPU，使用特殊的着色器程序在（目标）帧缓冲区中渲染它，该程序将RGB数据转换为Lab（或者它也可以使用查找表，但GPU上的大多数浮点计算比表/纹理查找快，因此我们在此不做此操作）

首先，将RGB-to-Lab转换函数移植到GLSL。它应该适用于浮点数，所以如果您在原始转换中使用整数值，请去掉它们。OpenGL使用“钳制”值，即介于
0.0
和
1.0
之间的浮点值。它将如下所示：

TargetColor convert(SourceColor color) {
    return ...
}

TargetColor table[256][256][256]; // 16M * sizeof(TargetColor) => put on heap!

for (int r, r < 256; ++r)
  for (int g, g < 256; ++g)
    for (int b, b < 256; ++b)
      table[r][g][b] = convert({r, g, b}); // (construct SourceColor from r,g,b)

vec3 rgbToLab(vec3 rgb) {
    vec3 lab = ...;
    return lab;
}

然后，写入着色器的其余部分，它将获取（RGB）纹理的像素，调用转换函数并将像素写入颜色输出变量（不要忘记alpha通道）：

相应的顶点着色器应在bot中写入
（0,0）
的
texCoord
值