基本概念
什么是色彩平衡(Color Balance)：在图像处理和编辑中，对颜色强度(尤其是红，绿，蓝这种主色)进行全局调整即是色彩平衡。这种调整的一个重要目的是突出显示某种色调—-尤其是中立色。
调整方法
图像编辑中的色彩平衡调整方法基本是直接操作RGB通道上的像素点，和其他场景下的色彩平衡很不一样。(比如摄影，是通过物理上的方法来实现：特殊镜头，特殊滤镜等)基于这个观点，亮度调整一文中提到的各种方法都是可以来做色彩平衡(PS Tutorial)：曲线调整，色阶调整等—-只需要将作用通道设置为相应的色彩通道即可。在这里阿毛要罗嗦一句：在PS或者是GIMP提供的颜色相关的调整方法中，曲线调整的效果是最好的，因为它的参数完全是自定义的，最精细。
GIMP/PS中色彩平衡
PS和GIMP中都提供了独立色彩平衡功能，其界面和选项基本都是一样，如下图：
单纯从原理上来说，这种色彩平衡的实现也比较简单：
滚动条右边的显示的RGB，而左边显示的是CMYK色彩空间中的Cyan(青)，Magenta(洋红)，Yellow(黄)。RGB是一种加色模型(所谓的自发光)，而CMYK是一种减色模型(吸收光)。其关系如下图所示：
可以看出，RGB的不同相加组合可以产生CMYK中的任意一种，而相应CMYK空间中各种色彩的缺失组合也可以产生RGB色彩空间中任意一种颜色。所以得出一个结论就是：所有加减色操作完全可以直接在RGB空间内完成，而不需要转换到CMYK色彩空间。比如增加红色就必然引起青色的减少。见过很多写法是先从RGB转换到CMYK空间再进行调整，调整完毕后再转换回来—-这些做法不仅低效而且有画蛇添足之嫌。
然后就是对亮度区域的鉴别：阴影，中间调，高光。这三个概念相对而言比较模糊：并没有所谓的明确定义表示亮度超过多少可以认为是高光区，而亮度低于多少是阴影区—-只有一个相对模糊的界定。而单个通道上的像素亮度并不能反映这个像素真实的亮度。所以在亮度区域的选择上只是反映了调整力度的大小，而并没有完全真实地反映调整区域范围。(如果进行亮度区域界定并对不同亮度区域进行调整，一来比较耗时间，而来也并不会取得太好的效果)
最下面的选项：保持明度。明度计算的公式为
Lightness = (Max(RGB) + Min(RGB)) / 2
因为直接操作了各个通道上的亮度值，整个像素点对应的明度也有可能发生变化，保持明度可以让用户感觉整个色彩平衡的变化更平滑。
原理讲完，上代码:(因为WP本身的限制，一些过长的行真不是一般的难看 =。=)
void BalanceColor(TiBitmapData& bitmap,int cyan, int magenta, int yellow, TINYIMAGE_TRANSFERMODE mode,bool preserveLuminosity) { TINYIMAGE_ASSERT_VOID(cyan>= -100 && cyan<=100); TINYIMAGE_ASSERT_VOID(magenta>= -100 && magenta<=100); TINYIMAGE_ASSERT_VOID(yellow>= -100 && yellow<=100); //初始化色彩调整区域参数 double cyan_red[3]; double magenta_green[3]; double yellow_blue[3]; for (int i = TINYIMAGE_TRANSFERMODE_SHADOWS; i <= TINYIMAGE_TRANSFERMODE_HIGHLIGHTS; i++) { cyan_red[i] = 0.0; magenta_green[i] = 0.0; yellow_blue[i] = 0.0; } cyan_red[mode] = cyan; magenta_green[mode] = magenta; yellow_blue[mode] = yellow; //初始化转换用的数组 InitTransferArray(); //创建LOOKUP TABLE double *cyan_red_transfer[3]; double *magenta_green_transfer[3]; double *yellow_blue_transfer[3]; int red, green, blue; u8 r_lookup[256],g_lookup[256],b_lookup[256]; //设置转换数组 cyan_red_transfer[TINYIMAGE_TRANSFERMODE_SHADOWS] = (cyan_red[TINYIMAGE_TRANSFERMODE_SHADOWS] > 0) ? shadows_add : shadows_sub; cyan_red_transfer[TINYIMAGE_TRANSFERMODE_MIDTONES] = (cyan_red[TINYIMAGE_TRANSFERMODE_MIDTONES] > 0) ? midtones_add : midtones_sub; cyan_red_transfer[TINYIMAGE_TRANSFERMODE_HIGHLIGHTS] = (cyan_red[TINYIMAGE_TRANSFERMODE_HIGHLIGHTS] > 0) ? highlights_add : highlights_sub; magenta_green_transfer[TINYIMAGE_TRANSFERMODE_SHADOWS] = (magenta_green[TINYIMAGE_TRANSFERMODE_SHADOWS] > 0) ? shadows_add : shadows_sub; magenta_green_transfer[TINYIMAGE_TRANSFERMODE_MIDTONES] = (magenta_green[TINYIMAGE_TRANSFERMODE_MIDTONES] > 0) ? midtones_add : midtones_sub; magenta_green_transfer[TINYIMAGE_TRANSFERMODE_HIGHLIGHTS] = (magenta_green[TINYIMAGE_TRANSFERMODE_HIGHLIGHTS] > 0) ? highlights_add : highlights_sub; yellow_blue_transfer[TINYIMAGE_TRANSFERMODE_SHADOWS] = (yellow_blue[TINYIMAGE_TRANSFERMODE_SHADOWS] > 0) ? shadows_add : shadows_sub; yellow_blue_transfer[TINYIMAGE_TRANSFERMODE_MIDTONES] = (yellow_blue[TINYIMAGE_TRANSFERMODE_MIDTONES] > 0) ? midtones_add : midtones_sub; yellow_blue_transfer[TINYIMAGE_TRANSFERMODE_HIGHLIGHTS] = (yellow_blue[TINYIMAGE_TRANSFERMODE_HIGHLIGHTS] > 0) ? highlights_add : highlights_sub; for (int i = 0; i < 256; i++) { red = i; green = i; blue = i; red += (int)( cyan_red[TINYIMAGE_TRANSFERMODE_SHADOWS] * cyan_red_transfer[TINYIMAGE_TRANSFERMODE_SHADOWS][red] + cyan_red[TINYIMAGE_TRANSFERMODE_MIDTONES] * cyan_red_transfer[TINYIMAGE_TRANSFERMODE_MIDTONES][red] + cyan_red[TINYIMAGE_TRANSFERMODE_HIGHLIGHTS] * cyan_red_transfer[TINYIMAGE_TRANSFERMODE_HIGHLIGHTS][red]); red = CLAMP0255 (red); green += (int)( magenta_green[TINYIMAGE_TRANSFERMODE_SHADOWS] * magenta_green_transfer[TINYIMAGE_TRANSFERMODE_SHADOWS][green] + magenta_green[TINYIMAGE_TRANSFERMODE_MIDTONES] * magenta_green_transfer[TINYIMAGE_TRANSFERMODE_MIDTONES][green] + magenta_green[TINYIMAGE_TRANSFERMODE_HIGHLIGHTS] * magenta_green_transfer[TINYIMAGE_TRANSFERMODE_HIGHLIGHTS][green]); green = CLAMP0255 (green); blue +=(int)( yellow_blue[TINYIMAGE_TRANSFERMODE_SHADOWS] * yellow_blue_transfer[TINYIMAGE_TRANSFERMODE_SHADOWS][blue] + yellow_blue[TINYIMAGE_TRANSFERMODE_MIDTONES] * yellow_blue_transfer[TINYIMAGE_TRANSFERMODE_MIDTONES][blue] + yellow_blue[TINYIMAGE_TRANSFERMODE_HIGHLIGHTS] * yellow_blue_transfer[TINYIMAGE_TRANSFERMODE_HIGHLIGHTS][blue]); blue = CLAMP0255 (blue); r_lookup[i] = (u8)red; g_lookup[i] = (u8)green; b_lookup[i] = (u8)blue; } //如果不需要保证亮度不变化，直接赋值就可以了 if (!preserveLuminosity) { AdjustCurve(bitmap,r_lookup,g_lookup,b_lookup); } else { PreserveLuminosityAdjustCurve(bitmap,r_lookup,g_lookup,b_lookup); } }
整个色彩平衡的过程很简单：先是初始化各个亮度区域的调整系数，再通过用户传入的调整系数调整相应的变化参数，最后计算得出调整色彩用的三个Lookup Table。整个代码段中最最关键便是InitTransferArray方法，其定义如下：
static bool transferInit = false; //变亮的转换数组 static double highlights_add[256] = { 0 }; static double midtones_add[256] = { 0 }; static double shadows_add[256] = { 0 }; //变暗的转换数组 static double highlights_sub[256] = { 0 }; static double midtones_sub[256] = { 0 }; static double shadows_sub[256] = { 0 }; void InitTransferArray() { if (!transferInit) { for (int i = 0; i < 256; i++) { highlights_add[i] = shadows_sub[255 - i] = (1.075 - 1 / ((double) i / 16.0 + 1)); midtones_add[i] = midtones_sub[i] = 0.667 * (1 - SQR(((double) i - 127.0) / 127.0)); shadows_add[i] = highlights_sub[i] = 0.667 * (1 - SQR (((double) i - 127.0) / 127.0)); } transferInit = true; } }
这里并不细究上面这个Transfer更深层次的意义(事实是：在网上基本没有相应的解释)，但是细心的人很容易发现，在Transfer的初始化过程中，高光增等同于阴影减，阴影增等同于高光减，这没有太大问题，但是问题是中间调的增减竟然和阴影增/高光减是同一个公式。这似乎是很奇怪的，而这个问题也引起了GIMP某些开发者的争议—-建议用其他方法如贝叶斯多项式来使得整个调整更平缓。但在最后Release出来的版本中GIMP还是用了上面这个公式。(相关的讨论，喜欢八卦和考古的童鞋可以猛击这里进行考古活动)
至于上面函数中用到的AdjustCurve的方法已在亮度调整一文中放出，就不重复了。而PreserveLuminosityAdjustCurve方法其实也很简单，只是在用Lookup Table去调整原图各个像素时，进行一次RGB-HSL-RGB的转换，并保证转换前后的L不变即可：(这里有个小技巧：RGB和HSL的转换可以写一个专门的Int型转换，这样可以减少几次浮点除法运算，如下面的Rgb2Hsl_Int)
void PreserveLuminosityAdjustCurve(TiBitmapData& bitmap,u8 (&r_lookup)[256], u8 (&g_lookup)[256],u8 (&b_lookup)[256]) { int width = bitmap.GetWidth(); int height = bitmap.GetHeight(); int stride = bitmap.GetStride(); int bpp = bitmap.GetBpp(); u8* bmpData = bitmap.GetBmpData(); int offset = stride - width * bpp; int r,g,b; int rlookup,glookup,blookup; for (int i = 0; i < height; i ++) { for (int j = 0; j < width; j++) { r = (int)bmpData[rIndex]; g = (int)bmpData[gIndex]; b = (int)bmpData[bIndex]; rlookup = (int)r_lookup[r]; glookup = (int)g_lookup[g]; blookup = (int)b_lookup[b]; Rgb2Hsl_Int(rlookup,glookup,blookup); blookup = Rgb2Hsl_L(r,g,b); Hsl2Rgb_Int(rlookup,glookup,blookup); bmpData[rIndex] = (u8)rlookup; bmpData[gIndex] = (u8)glookup; bmpData[bIndex] = (u8)blookup; bmpData += bpp; } bmpData += offset; } }
