使用opencv将sRGB格式的图片转换为DCI-P3格式【sRGB】【DCI-P3】

本文介绍: sRGB 和 DCI-P3 色彩空间的原色（红、绿、蓝）坐标和白点坐标是已知的。

要将图像从 sRGB 格式转换为 DCI-P3 格式，您需要使用适当的线性转换矩阵。在 OpenCV 中，这通常涉及使用色彩转换函数，但 OpenCV 默认情况下不直接支持 sRGB 到 DCI-P3 的转换。因此，您需要手动计算并应用转换矩阵。

转换矩阵取决于两个色彩空间的原色和白点坐标。首先，您需要获取这两个色彩空间的色度坐标：

sRGB 色彩空间的原色坐标。
DCI-P3 色彩空间的原色坐标。

然后，您需要计算从 sRGB 到 XYZ 色彩空间的转换矩阵，以及从 XYZ 到 DCI-P3 的转换矩阵。最后，通过将这两个矩阵相乘，可以得到直接从 sRGB 到 DCI-P3 的转换矩阵。

这些矩阵的计算涉及一些复杂的线性代数运算。下面是这个过程的简化版本：

计算 sRGB 到 XYZ 的转换矩阵：这需要 sRGB 的原色和白点坐标。
计算 XYZ 到 DCI-P3 的转换矩阵：这需要 DCI-P3 的原色和白点坐标。
合并这两个矩阵：通过矩阵乘法，您可以获得一个直接从 sRGB 到 DCI-P3 的转换矩阵。

在 OpenCV 中应用这个转换矩阵：

#include <opencv2/opencv.hpp&gt;

cv::Mat convert_sRGB_to_DCIP3(const cv::Mat&amp; src) {
    // 定义转换矩阵
    cv::Matx33f transformMatrix = {/* 这里填写计算得到的矩阵 */};

    cv::Mat dst;
    src.convertTo(dst, CV_32F); // 确保使用浮点数
    cv::transform(dst, dst, transformMatrix);

    return dst;
}

int main() {
    cv::Mat sRGB_image = cv::imread("path_to_sRGB_image.jpg");
    cv::Mat DCIP3_image = convert_sRGB_to_DCIP3(sRGB_image);

    // 保存或处理转换后的图像
}

请注意，这段代码中的转换矩阵需要您根据具体的色彩空间参数进行计算和填写。这通常涉及色彩科学的知识，并且可能需要调整以满足您的精确需求。

要计算从 sRGB 到 DCI-P3 的转换矩阵，我们需要遵循以下步骤：

定义色彩空间的原色坐标和白点：sRGB 和 DCI-P3 色彩空间的原色（红、绿、蓝）坐标和白点坐标是已知的。
计算转换矩阵：首先，计算从 sRGB 到 CIE 1931 XYZ 色彩空间的转换矩阵，然后计算从 XYZ 到 DCI-P3 的转换矩阵。最后，将这两个矩阵相乘得到从 sRGB 直接到 DCI-P3 的转换矩阵。

sRGB 到 XYZ

sRGB 色彩空间的原色坐标和 D65 白点（x=0.3127, y=0.3290）可以用来计算 sRGB 到 XYZ 的转换矩阵。sRGB 到 XYZ 的标准转换矩阵通常如下所示：

[ 0.4124564  0.3575761  0.1804375 ]
[ 0.2126729  0.7151522  0.0721750 ]
[ 0.0193339  0.1191920  0.9503041 ]

XYZ 到 DCI-P3

DCI-P3 色彩空间的原色坐标和 D65 白点可以用来计算 XYZ 到 DCI-P3 的转换矩阵。DCI-P3 的原色坐标大致为：

红色：(0.680, 0.320)
绿色：(0.265, 0.690)
蓝色：(0.150, 0.060)

使用这些坐标，您可以计算 XYZ 到 DCI-P3 的转换矩阵。这个计算相对复杂，涉及线性代数中的矩阵运算。

合并矩阵

最后，通过将 sRGB 到 XYZ 的矩阵与 XYZ 到 DCI-P3 的矩阵相乘，可以得到直接从 sRGB 到 DCI-P3 的转换矩阵。

由于这些计算相当复杂且超出了简单文本回复的范围，我建议使用专门的色彩管理软件或库来进行这些转换，或者在专业的色彩科学文献中查找已经计算好的转换矩阵。在实际应用中，这些转换通常涉及色彩管理系统（CMS），如 ICC 配置文件，以确保精确和一致的颜色再现。

要直接给出从 CIE 1931 XYZ 色彩空间到 DCI-P3 色彩空间的转换矩阵，我们需要使用 DCI-P3 色彩空间的原色坐标。假设我们使用 D65 白点（这是最常见的情况），DCI-P3 的原色坐标大致为：

红色：(0.680, 0.320)
绿色：(0.265, 0.690)
蓝色：(0.150, 0.060)

使用这些坐标，我们可以构建一个从 XYZ 到 DCI-P3 的转换矩阵。这个过程涉及计算一个将这些原色坐标映射到 XYZ 轴的矩阵，然后将其逆转换应用于 XYZ 数据。

转换矩阵可以通过以下步骤计算得出：

构建原色坐标矩阵：使用 DCI-P3 的原色坐标构建一个矩阵。
计算白点适应：使用 D65 白点坐标进行白点适应。
计算逆矩阵：计算上述矩阵的逆矩阵，以便可以将其应用于 XYZ 数据。

基于上述坐标，转换矩阵（从 XYZ 到 DCI-P3）大致为：

[ 2.493496911941425   -0.9313836179191239  -0.40271078445071684 ]
[-0.8294889695615747   1.7626640603183463   0.023624685841943577]
[ 0.03584583024378447 -0.07617238926804182  0.9568845240076872  ]

请注意，这个矩阵是基于标准的原色坐标和 D65 白点计算得出的，但实际应用中可能会有所不同，具体取决于您的具体需求和使用的色彩管理系统。在实际应用这个矩阵之前，建议进行彻底的测试和验证，以确保颜色的准确转换。

bool ConvertImageFormat(const std::string &amp;originPath,
        const std::string &amp;targetPath, ImageFormat format)
    {
        // 瀹氫箟sRGB鍒癤YZ鐨勮浆鎹㈢煩闃?
        cv::Mat sRGBToXYZ = (cv::Mat_<double&gt;(3,3) <<
            0.4124564, 0.3575761, 0.1804375,
            0.2126729, 0.7151522, 0.0721750,
            0.0193339, 0.1191920, 0.9503041);

        static const std::vector<cv::Mat&gt; MATRIX_ARR = {
            // IMAGE_DCI_P3
            (cv::Mat_<double&gt;(3,3) <<
                    2.493496911941425, -0.9313836179191239, -0.40271078445071684,
                    -0.8294889695615747, 1.7626640603183463,  0.023624685841943577,
                    0.03584583024378447, -0.07617238926804182, 0.9568845240076872),
            // IMAGE_BT_2020
            (cv::Mat_<double&gt;(3,3) <<
                    1.7166512, -0.3556708, -0.2533663,
                    -0.6666844, 1.6164812, 0.0157685,
                    0.0176399, -0.0427706, 0.9421031),
            // IMAGE_ADOBE_RGB
            (cv::Mat_<double>(3,3) <<
                    2.0413690, -0.5649464, -0.3446944,
                    -0.9692660, 1.8760108, 0.0415560,
                    0.0134474, -0.1183897, 1.0154096),
        };

        Mat img = cv::imread(originPath);
        if (img.empty() == true) {
            return false;
        }

        switch (format) {
        case IMAGE_SRGB:
            cv::imwrite(targetPath, img);
            break;
        case IMAGE_DCI_P3:
        case IMAGE_BT_2020:
        case IMAGE_ADOBE_RGB:
            {
                Mat imgXYZ;
                // 灏唖RGB鍥惧儚杞崲涓篨YZ
                cv::transform(img, imgXYZ, sRGBToXYZ);

                Mat imgRet;
                cv::transform(imgXYZ, imgRet, MATRIX_ARR[format - 1]);
                cv::imwrite(targetPath, imgRet);
            }
            break;
        default:
            return false;
            break;
        }
        return true;
    }

 // 定义sRGB到XYZ的转换矩阵
    static const cv::Mat s_sRGB_XYZ_MATRIX = (cv::Mat_<float>(3,3) <<
        0.4124564, 0.3575761, 0.1804375,
        0.2126729, 0.7151522, 0.0721750,
        0.0193339, 0.1191920, 0.9503041);

    cv::Mat Image_sRGB_DCI_P3(const cv::Mat &amp;src)
    {
        static const cv::Mat XYZ_DCI_P3_MATRIX = (cv::Mat_<float>(3,3) <<
            2.493496911941425, -0.9313836179191239, -0.40271078445071684,
            -0.8294889695615747, 1.7626640603183463,  0.023624685841943577,
            0.03584583024378447, -0.07617238926804182, 0.9568845240076872);

        cv::Mat dst = src;
        // 确保使用浮点数
        src.convertTo(dst, CV_32F);

        // 将sRGB图像转换为XYZ
        cv::transform(dst, dst, s_sRGB_XYZ_MATRIX);

        // XYZ 转 DCI_P3
        cv::transform(dst, dst, XYZ_DCI_P3_MATRIX);

        return dst;
    }