2. 色彩科学核心：CIE 1931 XYZ色彩空间、色度图、色域、白点、色温

在DRM CRTC驱动中配置Gamma校正与色彩管理，必须理解底层色彩科学模型。CIE 1931 XYZ色彩空间是几乎所有现代色彩管理系统的数学基础，它基于人眼视觉感知实验，将颜色定义为三个虚拟原色（X、Y、Z）的线性组合。本节将系统讲解XYZ空间、色度图、色域、白点与色温的核心概念及其在驱动开发中的实际意义。

2.1 CIE 1931 XYZ色彩空间

CIE 1931 XYZ色彩空间由国际照明委员会（CIE）于1931年基于三刺激值理论建立。它通过三个虚拟原色X、Y、Z来描述任何可见颜色，其中Y分量直接对应亮度（luminance），X和Z则编码色度信息。XYZ空间的数学定义来源于对2°视场标准观察者的颜色匹配实验数据。

| X |   | 0.4124564  0.3575761  0.1804375 | | R_linear |
| Y | = | 0.2126729  0.7151522  0.0721750 | | G_linear |
| Z |   | 0.0193339  0.1191920  0.9503041 | | B_linear |

XYZ空间的核心优势在于：

• 设备无关性： XYZ值直接对应人眼视觉响应，不依赖任何显示或采集设备。
• 线性可加性： 颜色混合满足格拉斯曼定律，即混合色的XYZ值等于各分量XYZ值之和。
• 亮度分离： Y分量独立表示亮度，便于进行亮度调整而不影响色度。

2.2 CIE 1931色度图

色度图（chromaticity diagram）是XYZ空间在二维平面上的投影，通过归一化坐标（x, y）表示颜色，忽略亮度信息。归一化公式为：

x = X / (X + Y + Z)
y = Y / (X + Y + Z)
z = Z / (X + Y + Z) = 1 - x - y

由于z可由x和y推导，通常只使用(x, y)坐标。色度图呈马蹄形，边界对应单色光谱色（380nm-780nm），内部区域为混合色。下图展示了CIE 1931色度图的基本结构：

2.3 色域（Color Gamut）

色域是指设备能够显示或记录的颜色范围。在色度图上，色域通常表示为连接三原色坐标的三角形区域。不同标准色域覆盖的可见颜色范围差异显著：

在DRM CRTC驱动中，色域管理通常涉及以下步骤：

1. 读取EDID： 从显示器的EDID数据中获取色度坐标和白点信息。
2. 构建色域映射矩阵： 计算源色域到目标色域的3x3转换矩阵。
3. 配置CTM： 将转换矩阵写入CRTC的Color Transformation Matrix硬件寄存器。
4. Gamma校正： 通过LUT调整最终输出，补偿显示器的非线性响应。

2.4 白点（White Point）

白点定义了在特定色温下中性色（白色、灰色）的色度坐标。它是色彩管理中的绝对参考点，所有颜色都相对于白点进行定义。常见白点标准包括：

• D65： 色温6500K，坐标(0.3127, 0.3290)，是sRGB、Adobe RGB、BT.2020的标准白点。
• D50： 色温5000K，坐标(0.3457, 0.3585)，常用于印刷和摄影行业。
• DCI白点： 色温约5400K，坐标(0.3140, 0.3510)，用于数字影院投影。
• CIE标准光源A： 色温2856K，坐标(0.4476, 0.4074)，模拟白炽灯照明。

2.5 色温（Color Temperature）

色温用开尔文（K）表示，描述光源发出的光色。低色温（如3000K）偏暖黄，高色温（如9000K）偏冷蓝。色温与黑体辐射轨迹（Planckian locus）相关，在色度图上表现为一条从红橙到蓝白的曲线。

色温与白点坐标的近似转换公式（McCamy公式）：

// 从色温计算D系列白点坐标
// T: 色温（开尔文），适用于4000K ~ 25000K
if (T <= 7000) {
    x = -4.6070e9 / (T^3) + 2.9678e6 / (T^2) + 0.09911e3 / T + 0.244063;
} else {
    x = -2.0064e9 / (T^3) + 1.9018e6 / (T^2) + 0.24748e3 / T + 0.237040;
}
y = -3.000 * x^2 + 2.870 * x - 0.275;

在DRM驱动中，色温调整通常通过以下方式实现：

• 硬件LUT： 在Gamma LUT中嵌入色温偏移曲线，调整RGB通道的增益比例。
• CTM矩阵： 通过3x3矩阵将当前白点映射到目标白点。
• 用户空间接口： 通过DRM property（如"CTM"、"GAMMA_LUT"）暴露给用户态色彩管理服务。

2.6 色彩管理流程在DRM CRTC中的映射

将上述色彩科学概念映射到DRM CRTC驱动中，完整的色彩管理流水线如下：

// drm_crtc.h 中定义的色彩管理属性
struct drm_crtc {
    // Gamma校正查找表（通常为256或1024项）
    struct drm_property_blob *gamma_lut;
    
    // 色彩转换矩阵（3x3，以9个u16或u32值表示）
    struct drm_property_blob *ctm;
    
    // 解Gamma查找表（用于线性化输入）
    struct drm_property_blob *degamma_lut;
    
    // 各LUT的精度和大小配置
    uint32_t gamma_size;
    uint32_t degamma_size;
};

2.7 本章小结