物體顏色的定量度量是很復(fù)雜的，它涉及到觀察者的視覺生理、視覺心理及照明條件、觀察條件等許多問題，為了能夠得到一致的度量效果，國際照明委員會(huì)（簡稱CIE）規(guī)定了一套標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)，稱為CIE標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)。本文對(duì)CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)及其類型做了簡要的介紹，對(duì)此感興趣的朋友不妨了解一下！

CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)怎么理解？

用三刺激值來定量描述顏色是一種可行的方法，為了測得物體顏色的三刺激值，首先必須研究人眼的顏色視覺特性，測出光譜三刺激值。實(shí)驗(yàn)證明不同觀察者的視覺特性多少是有差異的，但是具有正常顏色視覺的人此差異是不大的，故有可能根據(jù)一些觀察者進(jìn)行的顏色匹配實(shí)驗(yàn)，將他們的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)加以平均，確定一組匹配等能光譜色所需要的三原色數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)稱為“標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者光譜三刺激值”。以此來代表人眼的平均顏色視覺特性。當(dāng)時(shí)，不少科學(xué)工作者進(jìn)行了這類實(shí)驗(yàn)，但是由于選用的三原色不同及確定三刺激值單位的方法不一致，因而數(shù)據(jù)無法統(tǒng)一。1931年在美國劍橋舉行的CIE第8次會(huì)議上，統(tǒng)一了上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提出了最早的主要推薦書-CIE標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者和色品坐標(biāo)系統(tǒng)，并規(guī)定了三種標(biāo)準(zhǔn)光源（A，B，C）；還對(duì)測量反射面的照明觀測條件進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。建立起CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)，從而奠定了現(xiàn)代色度學(xué)的基礎(chǔ)。

CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)的類型：

1.CIE1931-RGB系統(tǒng)

CIE1931-RGB系統(tǒng)是建立在萊特（W.D，Wright）和吉爾德（J.Guild）兩項(xiàng)顏色匹配實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的。萊特選擇 650nm（紅），530nm（綠），460nm（藍(lán)）三單色光作為三原色，在2度圓形視場范圍內(nèi)，用這三種原色匹配等能光譜的各種顏色三刺激值單位是這樣規(guī)定的：相等數(shù)量的綠和藍(lán)原色匹配 494nm 的藍(lán)綠色，相等數(shù)量的紅和綠原色匹配582.5nm的黃色，得出它們的相對(duì)亮度單位為Lr：Lg：:Lb。由10名觀察者在他設(shè)計(jì)的目視色度計(jì)L進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測得一套光譜三刺激值數(shù)據(jù)。

吉爾德在他自己設(shè)計(jì)的目視測色儀由7名觀察者做了類似的匹配實(shí)驗(yàn)。他選用的三原色波長為630nm（紅），542nm（綠），460nm（藍(lán)）。他的三刺激值單位是以三原色相加匹配NPL（英國國家物理實(shí)驗(yàn)室）白色光源的條件下，認(rèn)為三原色的刺激值相等定出它們的相對(duì)亮度單位為Lr：Lg：Lb，觀察視場也是2度，測得一套光譜三刺激值數(shù)據(jù)。CIE綜合了上述兩項(xiàng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，將他們兩人所用的原色轉(zhuǎn)換成700nm（R）、546.1nm（G）和435.8nm（B）。并以相等數(shù)量的三原色刺激值匹配出等能白光（稱為E光源）來確定三刺激值單位。將他們兩人的實(shí)驗(yàn)結(jié)果經(jīng)坐標(biāo)變換后繪制在新的色品圖上，發(fā)現(xiàn)他們的結(jié)果很一致。故1931年CIE采用了他們兩人的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的平均值來定出匹配等能光譜色的RGB三刺激值，用r、g、b來表示。這一組函數(shù)叫做"CIE1931RGB系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者光譜三刺激值”。簡稱“CIE1931RGB系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者”。此組數(shù)據(jù)代表人眼2度視場的平均顏色視覺特性，這一系統(tǒng)叫做CIE1931 RGB色度系統(tǒng)。選700nm，546.1nm，435.8nm三單色光為三原色是因?yàn)?00nm是可見光譜的紅色末端，546.1nm和435.8nm是較為明顯的汞譜線，三者都能比較精確地產(chǎn)生出來。經(jīng)實(shí)驗(yàn)和計(jì)算確定，匹配等能白光的（R），（G），（B）三原色單位的亮度比率為1.0000：4.5907：0.0601；它們的輻亮度比率為72.0962：1.3791：1.0000。

下圖是根據(jù)1931年CIE-RGB系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)觀察者三刺激值繪出的色品圖。在此色品圖中偏馬蹄形曲線是所有光譜色色品點(diǎn)連接起來的軌跡，稱為光譜軌跡。從圖中可看到光譜軌跡的色品坐標(biāo)有很大一部分出現(xiàn)負(fù)值。負(fù)值出現(xiàn)的物理意義可以從匹配實(shí)驗(yàn)過程中來理解它。當(dāng)投射到半視場的某些光譜色，用另一半視場的三原色來匹配時(shí)，不管三原色如何調(diào)節(jié)都不能使兩半視場顏色達(dá)到匹配，只有在光譜色的半視場內(nèi)加入適量的三原色之一才能達(dá)到顏色匹配，加在光譜色半視場的原色就用負(fù)值來表示，這就出現(xiàn)負(fù)的色品坐標(biāo)值。色品圖的三角形三個(gè)角頂表示紅（R）、綠（R）、藍(lán)（B）三原色。在色品圖上，負(fù)值的色品坐標(biāo)落在原色三角形之外。在原色三角形以內(nèi)的各色品點(diǎn)坐標(biāo)為正值。CIE1931-RGB系統(tǒng)的r、g、b是從實(shí)驗(yàn)得出的，可以用于色度學(xué)計(jì)算，但計(jì)算中會(huì)出現(xiàn)負(fù)值，用起來不方便，又不易理解，所以1931年CIE 推薦了一個(gè)新的國際通用的色度系統(tǒng)，CIE1931-XYZ 系統(tǒng)。在 CIE1931RGB 系統(tǒng)的基礎(chǔ)上改用三個(gè)假想的原色 X、Y、Z 建立一個(gè)新的色度系統(tǒng)。將它匹配等能光譜的三刺激值，定名為"CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者光譜三刺激值”，簡稱為“CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者”。這一系統(tǒng)叫做“CIE1931 標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)”或“2 度視場 XYZ 色度系統(tǒng)”。

2.CIE1931-XYZ標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)

CIE1931 標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)是由 RGB 系統(tǒng)推導(dǎo)出來的。通過選擇一組配色函數(shù)都為正值的原色，建立了 CIE1931-XYZ 色度學(xué)系統(tǒng)。原色的選擇考慮到色品方程無亮度，標(biāo)準(zhǔn)E光源及各個(gè)等能光譜匹配等問題，選取了實(shí)際上不存在的假想原色，通過一組線性變換由rgb原色系統(tǒng)變換到XYZ原色系統(tǒng)，對(duì)應(yīng)的變換公式為：

在 XYZ 色度學(xué)系統(tǒng)中，x、y、z 代表了匹配各波長等能光譜色的三個(gè)假設(shè)原色的三刺激值。由前所知，它的數(shù)據(jù)是從三個(gè)真原色（R），（G），（B）的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換而來的。XYZ系統(tǒng)給色度學(xué)的計(jì)算帶來極大方便，它的特點(diǎn)是x、y、z的數(shù)值全部都為正值。基于CIE1931色度系統(tǒng)的三刺激值曲線如下圖所示：

CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者的數(shù)據(jù)適用于2度視場中央視覺觀察條件，對(duì)極小面積的顏色的觀察此數(shù)據(jù)不再有效，CIE1931色度系統(tǒng)的色品圖（2度視角）如下圖所示：

CIE1964補(bǔ)充色度系統(tǒng)：

對(duì)于大于4度視場的觀察面積，另有10度視場的“CIE1964補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者”數(shù)據(jù)，因?yàn)樵诤芏鄳?yīng)用中，刺激的視角較大，Stiles、Burch和Speranskaya三位科學(xué)家在1959年對(duì)大視場的配色現(xiàn)象進(jìn)行測量與統(tǒng)計(jì)，這一統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)后來被CIE吸收采納。很明顯，10度觀察者有更為嚴(yán)密度統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)，因?yàn)樗墙⒃诟嗟挠^測者的基礎(chǔ)上的，而且大視場的配色精度也更高。在今后的色度學(xué)計(jì)算中都以此兩組數(shù)據(jù)作為觀察者顏色視覺特性的代表，從而避免了由于單個(gè)觀察者視覺上的差異造成的混亂。基于 CIE1964色度系統(tǒng)的三刺激值曲線如下圖1所示，相應(yīng)的色品圖如下圖所示：