CIE1931标准色度系统与CIE XYZ色度系统

2010-09-17

CIE1931标准色度系统
    用物理量值来表示颜色，以及采用仪器对颜色进行测量的方法，都是以人眼色觉的实验规律为基础的。CIE色度学系统就是以三色学说的色匹规律为基础，经过适当的修正而建立的。而第一节我们已经讲到加法混合中，讲R，G，B光相加，与待测光C相同，称为“颜色匹配”。即调配一种颜色，使其和另外一个给定的眼神在视觉上相等，或说相同。所谓三色原理，即任何一个颜色，都用线性无光的三个原色适当地相加混合与之匹配，亦即任何一个颜色刺激，都能用线性无光的三个参照刺激适当的代数和来重现。
一、CIE RGB色度系统
    采用红（）、绿、蓝线性无光的三个原色，以适当的量相混合与某一颜色C相匹配，可用下式表达：
                                    C*=C（C）=R（R）+G（G）+B（B）式中“=”表示色匹配，即两边的颜色相同；R，G，B为与C*颜色像匹配所需要的三个原色的刺激量，称为C*颜色的三刺激值；C为颜色C*的色量值，(C)为其单位；（R），（G），（B）各为三个原色的单位。选取的方法是，使C=R+G+B,即颜色C*的色量值等于其三刺激值之和。于是上式可变为
                   （C）=R/(R+G+B)(R)+G/(R+G+B)(G)+B/(R+G+B)(B)
定义：
                    r=R/(R+G+B), g=G/(R+G+B), b=B/(R+G+B).
显然， r+g+b=1。这样
                   （C）=r(R)+g(G)+b(B)
     根据以上三个公式不难看到三个色度坐标间存在着r+g+b=1的关系。此时某颜色C的色彩特性可以表示为C：    为了便于使用，CIE在1931年对上述色度坐标进行了适当的变换，用3千理想的原色光x(红光)、Y(黄光)Z(绿光)代替RGB，用XYZ的色度坐标xyz代替rgb．此时三个色度坐标间仍满足x+y+z=l的关系，得到了著名的CIEl931标准色度系统及相应的色度囤(图1)。色度图又称色晶图．CIE1931色度图呈马蹄型包括了人眼可以见到的所有颜色。色度图中的弧形边界对应于所有光谱中的单色光，右下侧是波长为700nm的红光，左下侧是波长380nm的蓝紫光，色度图下侧的直线边界表示不同强度的红光与蓝光可以混合出的各种品色光，这些光线在光谱中没有．只能靠人工合成出来。色度图的边界色是人眼所能见到的饱和度更高的颜色。
 CIE1931RGB色度系统的三原色是：
        R    700.0nm
        G    546.1nm
        B    435.8nm
匹配等能光谱色的色匹配函数（也称光谱三刺激值）的曲线。针对选定的三原色，通过对人眼的色匹配试验，可以得到每个波长上光谱色品（度）坐标。
二、CIE XYZ色度系统
    在RGB色度系统中，光谱色的色品坐标和色匹配函数值出现了负值。因此，实用计算极不方便，也不易理解。为此，CIE推荐了XYZ系统。该系统选择了虚拟的理论上的三个原色X，Y,Z ,它所依据的两个主要原则是：
  （1）要使（X），（Y），（Z）所形成的三角形内包括整个光谱色轨迹，并且使所包含的虚色（非真实色）尽量少，以便使全部光谱色和自然界中的一切颜色都能以正的三刺激值和色品坐标来表示。
  （2）设定颜色的亮度用（y）的量Y来体现，使假定的另两个原色（X）和（Z）的亮度为0，即（X）和（Z）两个原色处在无亮（Y=0）线上.这样在进行色度计算时会很方便。
    通过转换处理，可求出在CIE RGB 色品图中对应同一个波长光谱色在CIE XYZ色品图中的色度点，将光谱色各色度点连接起来，即成为CIE XYZ色品图上光谱轨迹。
    在CIE XYZ 色度系统中，用于匹配等能光谱刺激所需的(X)，(y),(Z)三原色的数量叫做“CIE 1931标准色度观察者色匹配函数”（也曾称“光谱三刺激值”），简称“CIE 1931标准色度观察者”或2度视场色匹配函数。
三、CIE1931 色品（度） 

    任意一个颜色的色品都可用CIE 1931色品图来描述。在图中，马蹄形线上的各点代表380nm（紫色）到780（红色）之间的所有单色光，这条曲线是光谱轨迹。连接马蹄形曲线两端的直线——“紫线”代表光谱上所有的由紫到红的颜色。
    色品图上，y=0的直线即无亮度线。光谱轨迹的短波波端紧靠着条线。着意味着，虽然短波刺激能够引起视觉反应，但380~420nm波长的辐射通量在视觉上只有很低的亮度感觉。
    在马蹄形曲线包括的面积中，有一条弯曲线，它代表各种绝对温度下黑体辐射轨迹。颜色三角形的中心E是等能白光，它由三原色各占1/3的量产生。因此，其色品坐标为：X1=y1=Z1=0.3333.