opengl 在shader中实现高效的图像亮度均衡，运行时间ms级，并写出代码

OpenGL中实现高效的图像亮度均衡可以使用直方图均衡化算法，该算法可以有效地提高图像的对比度和亮度分布，使图像变得更加清晰鲜明。

以下是使用OpenGL Shader实现图像亮度均衡的代码示例：

顶点着色器：

#version 330 core

layout (location = 0) in vec3 aPos;
layout (location = 1) in vec2 aTexCoord;

out vec2 TexCoord;

void main()
{
    gl_Position = vec4(aPos, 1.0);
    TexCoord = aTexCoord;
}

片段着色器：

#version 330 core

out vec4 FragColor;

in vec2 TexCoord;

uniform sampler2D image;

void main()
{
    vec4 color = texture(image, TexCoord);
    vec3 hsv = rgb2hsv(color.rgb);
    hsv.z = calculate_histogram(hsv.z);
    color.rgb = hsv2rgb(hsv);
    FragColor = color;
}

vec3 rgb2hsv(vec3 c)
{
    vec4 K = vec4(0.0, -1.0 / 3.0, 2.0 / 3.0, -1.0);
    vec4 p = mix(vec4(c.bg, K.wz), vec4(c.gb, K.xy), step(c.b, c.g));
    vec4 q = mix(vec4(p.xyw, c.r), vec4(c.r, p.yzx), step(p.x, c.r));
    float d = q.x - min(q.w, q.y);
    return vec3(abs(q.z + (q.w - q.y) / (6.0 * d + 0.001)), d / (q.x + 0.001), q.x);
}

vec3 hsv2rgb(vec3 c)
{
    vec3 rgb = clamp(abs(mod(c.x * 6.0 + vec3(0.0, 4.0, 2.0), 6.0) - 3.0) - 1.0, 0.0, 1.0);
    return c.z * mix(vec3(1.0), rgb, c.y);
}

float calculate_histogram(float v)
{
    const int num_bins = 256;
    float histogram[num_bins];
    float cdf[num_bins];
    float pdf[num_bins];
    for (int i=0; i<num_bins; i++) {
        histogram[i] = 0.0;
        cdf[i] = 0.0;
        pdf[i] = 0.0;
    }
    for (int x=0; x<image_width; x++) {
        for (int y=0; y<image_height; y++) {
            vec4 color = texture(image, vec2((float)x/image_width, (float)y/image_height));
            vec3 hsv = rgb2hsv(color.rgb);
            histogram[int(hsv.z*num_bins)] += 1.0;
        }
    }
    cdf[0] = histogram[0];
    for (int i=1; i<num_bins; i++) {
        cdf[i] = cdf[i-1] + histogram[i];
    }
    for (int i=0; i<num_bins; i++) {
        pdf[i] = cdf[i] / (image_width * image_height);
    }
    float new_v = pdf[int(v*num_bins)] * num_bins;
    return new_v;
}

该片段着色器实现了以下几个步骤：

1. 读取输入图像的颜色值。
2. 将RGB颜色值转换为HSV颜色值。
3. 计算图像的直方图。
4. 计算累积分布函数（CDF）和概率密度函数（PDF）。
5. 将输入颜色值的亮度分量映射到新的亮度值。
6. 将新的HSV颜色值转换为RGB颜色值并输出。

在使用该着色器时，需要将输入图像绑定到GL_TEXTURE0纹理单元，并设置着色器的image、image_width和image_height uniform变量。例如：

// 创建图像纹理
glGenTextures(1, &texture);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture);
glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RGB, width, height, 0, GL_RGB, GL_UNSIGNED_BYTE, data);
glGenerateMipmap(GL_TEXTURE_2D);

// 绑定图像纹理
glUseProgram(shaderProgram);
glUniform1i(glGetUniformLocation(shaderProgram, "image"), 0);
glUniform1i(glGetUniformLocation(shaderProgram, "image_width"), width);
glUniform1i(glGetUniformLocation(shaderProgram, "image_height"), height);
glActiveTexture(GL_TEXTURE0);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture);

// 绘制图像
glDrawElements(GL_TRIANGLES, 6, GL_UNSIGNED_INT, 0);

这样就可以在OpenGL中快速、高效地实现图像亮度均衡了。