C++ 實現圖片色彩平衡：模擬 Photoshop 影子/中間調/高光三段式 RGB 調節

色彩平衡數學原理

Photoshop 色彩平衡將圖像按**亮度劃分三個區域**，分別調整 RGB 通道增益：

• 影子：低亮度區域（如 0-63 級）
• 中間調：中等亮度區域（如 64-191 級）
• 高光：高亮度區域（如 192-255 級）

每個區域提供三個滑桿：青/紅、洋紅/綠、黃/藍，本質是**對 RGB 通道乘以不同係數**。

算法流程

1. 輸入 RGB 像素，計算亮度 L = 0.299*R + 0.587*G + 0.114*B。
2. 根據 L 判斷屬於影子/中間調/高光區間。
3. 查表獲取該區間的 RGB 增益係數 (kr, kg, kb)（由滑桿值換算）。
4. 輸出像素：R' = clamp(R * kr), G' = clamp(G * kg), B' = clamp(B * kb)。
5. 可選：引入**保護亮度**選項，調整後重新分配亮度保持整體明度不變。

係數換算（滑桿 -100 到 +100）

// 以青/紅為例：滑桿值 s ∈ [-100, 100]
// 正值向紅（增加 R，減少 G,B），負值向青（減少 R，增加 G,B）
float factor = 1.0f + s / 100.0f * MAX_SHIFT;  // MAX_SHIFT 經驗值如 0.5
if (s >= 0) {  // 向紅
    kr = factor; kg = 1.0f / factor; kb = 1.0f / factor;
} else {       // 向青
    kr = 1.0f / factor; kg = factor; kb = factor;
}

參考資源

• 《Photoshop 色彩平衡算法實現》- CSDN 博客：https://blog.csdn.net/app_12062011/article/details/26162791
• OpenCV 色彩平衡實現：https://download.csdn.net/detail/me_sky_2012/4345831
• 數學推導詳解：https://chuansong.me/n/126105
• 保護亮度算法：https://blog.csdn.net/lvwx369/article/details/41847237

工程建議

• 預計算 256 級亮度對應的區間索引與係數查找表（LUT），運行時僅查表乘法，極快。
• 支援 GPU/並行（OpenMP、CUDA），單幀處理毫秒級。
• 提供「保護亮度」開關，滿足專業後期需求。

總結

色彩平衡核心是**亮度分段 + 分段 RGB 通道增益**。C++ 實現時用 LUT 加速，參考 Photoshop 三區域滑桿邏輯換算係數，配合保護亮度選項，即可得到專業級效果。