services/surfaceflinger/Effects/Daltonizer.cpp

   1 /*
   2  * Copyright 2013 The Android Open Source Project
   3  *
   4  * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
   5  * you may not use this file except in compliance with the License.
   6  * You may obtain a copy of the License at
   7  *
   8  *      http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
   9  *
  10  * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
  11  * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
  12  * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
  13  * See the License for the specific language governing permissions and
  14  * limitations under the License.
  15  */
  16
  17 #include "Daltonizer.h"
  18 #include <ui/mat4.h>
  19
  20 namespace android {
  21
  22 Daltonizer::Daltonizer() :
  23     mType(deuteranomaly), mMode(simulation), mDirty(true) {
  24 }
  25
  26 Daltonizer::~Daltonizer() {
  27 }
  28
  29 void Daltonizer::setType(Daltonizer::ColorBlindnessTypes type) {
  30     if (type != mType) {
  31         mDirty = true;
  32         mType = type;
  33     }
  34 }
  35
  36 void Daltonizer::setMode(Daltonizer::Mode mode) {
  37     if (mode != mMode) {
  38         mDirty = true;
  39         mMode = mode;
  40     }
  41 }
  42
  43 const mat4& Daltonizer::operator()() {
  44     if (mDirty) {
  45         mDirty = false;
  46         update();
  47     }
  48     return mColorTransform;
  49 }
  50
  51 void Daltonizer::update() {
  52     // converts a linear RGB color to the XYZ space
  53     const mat4 rgb2xyz( 0.4124, 0.2126, 0.0193, 0,
  54                         0.3576, 0.7152, 0.1192, 0,
  55                         0.1805, 0.0722, 0.9505, 0,
  56                         0     , 0     , 0     , 1);
  57
  58     // converts a XYZ color to the LMS space.
  59     const mat4 xyz2lms( 0.7328,-0.7036, 0.0030, 0,
  60                         0.4296, 1.6975, 0.0136, 0,
  61                        -0.1624, 0.0061, 0.9834, 0,
  62                         0     , 0     , 0     , 1);
  63
  64     // Direct conversion from linear RGB to LMS
  65     const mat4 rgb2lms(xyz2lms*rgb2xyz);
  66
  67     // And back from LMS to linear RGB
  68     const mat4 lms2rgb(inverse(rgb2lms));
  69
  70     // To simulate color blindness we need to "remove" the data lost by the absence of
  71     // a cone. This cannot be done by just zeroing out the corresponding LMS component
  72     // because it would create a color outside of the RGB gammut.
  73     // Instead we project the color along the axis of the missing component onto a plane
  74     // within the RGB gammut:
  75     //  - since the projection happens along the axis of the missing component, a
  76     //    color blind viewer perceives the projected color the same.
  77     //  - We use the plane defined by 3 points in LMS space: black, white and
  78     //    blue and red for protanopia/deuteranopia and tritanopia respectively.
  79
  80     // LMS space red
  81     const vec3& lms_r(rgb2lms[0].rgb);
  82     // LMS space blue
  83     const vec3& lms_b(rgb2lms[2].rgb);
  84     // LMS space white
  85     const vec3 lms_w((rgb2lms * vec4(1)).rgb);
  86
  87     // To find the planes we solve the a*L + b*M + c*S = 0 equation for the LMS values
  88     // of the three known points. This equation is trivially solved, and has for
  89     // solution the following cross-products:
  90     const vec3 p0 = cross(lms_w, lms_b);    // protanopia/deuteranopia
  91     const vec3 p1 = cross(lms_w, lms_r);    // tritanopia
  92
  93     // The following 3 matrices perform the projection of a LMS color onto the given plane
  94     // along the selected axis
  95
  96     // projection for protanopia (L = 0)
  97     const mat4 lms2lmsp(  0.0000, 0.0000, 0.0000, 0,
  98                     -p0.y / p0.x, 1.0000, 0.0000, 0,
  99                     -p0.z / p0.x, 0.0000, 1.0000, 0,
 100                           0     , 0     , 0     , 1);
 101
 102     // projection for deuteranopia (M = 0)
 103     const mat4 lms2lmsd(  1.0000, -p0.x / p0.y, 0.0000, 0,
 104                           0.0000,       0.0000, 0.0000, 0,
 105                           0.0000, -p0.z / p0.y, 1.0000, 0,
 106                           0     ,       0     , 0     , 1);
 107
 108     // projection for tritanopia (S = 0)
 109     const mat4 lms2lmst(  1.0000, 0.0000, -p1.x / p1.z, 0,
 110                           0.0000, 1.0000, -p1.y / p1.z, 0,
 111                           0.0000, 0.0000,       0.0000, 0,
 112                           0     ,       0     , 0     , 1);
 113
 114     // We will calculate the error between the color and the color viewed by
 115     // a color blind user and "spread" this error onto the healthy cones.
 116     // The matrices below perform this last step and have been chosen arbitrarily.
 117
 118     // The amount of correction can be adjusted here.
 119
 120     // error spread for protanopia
 121     const mat4 errp(    1.0, 0.7, 0.7, 0,
 122                         0.0, 1.0, 0.0, 0,
 123                         0.0, 0.0, 1.0, 0,
 124                           0,   0,   0, 1);
 125
 126     // error spread for deuteranopia
 127     const mat4 errd(    1.0, 0.0, 0.0, 0,
 128                         0.7, 1.0, 0.7, 0,
 129                         0.0, 0.0, 1.0, 0,
 130                           0,   0,   0, 1);
 131
 132     // error spread for tritanopia
 133     const mat4 errt(    1.0, 0.0, 0.0, 0,
 134                         0.0, 1.0, 0.0, 0,
 135                         0.7, 0.7, 1.0, 0,
 136                           0,   0,   0, 1);
 137
 138     const mat4 identity;
 139
 140     // And the magic happens here...
 141     // We construct the matrix that will perform the whole correction.
 142
 143     // simulation: type of color blindness to simulate:
 144     // set to either lms2lmsp, lms2lmsd, lms2lmst
 145     mat4 simulation;
 146
 147     // correction: type of color blindness correction (should match the simulation above):
 148     // set to identity, errp, errd, errt ([0] for simulation only)
 149     mat4 correction(0);
 150
 151     switch (mType) {
 152         case protanopia:
 153         case protanomaly:
 154             simulation = lms2lmsp;
 155             if (mMode == Daltonizer::correction)
 156                 correction = errp;
 157             break;
 158         case deuteranopia:
 159         case deuteranomaly:
 160             simulation = lms2lmsd;
 161             if (mMode == Daltonizer::correction)
 162                 correction = errd;
 163             break;
 164         case tritanopia:
 165         case tritanomaly:
 166             simulation = lms2lmst;
 167             if (mMode == Daltonizer::correction)
 168                 correction = errt;
 169             break;
 170     }
 171
 172     mColorTransform = lms2rgb *
 173         (simulation * rgb2lms + correction * (rgb2lms - simulation * rgb2lms));
 174 }
 175
 176 } /* namespace android */