CIE标准色度学系统
第三章CIE色度学体系ppt课件
资金是运动的价值，资金的价值是随 时间变 化而变 化的， 是时间 的函数 ，随时 间的推 移而增 值，其 增值的 这部分 资金就 是原有 资金的 时间价 值
颜色空间
一种颜色与一组R、 G、B值相对应，R、G、 B值相同的颜色，颜色感 觉(外貌)必定相同。
资金是运动的价值，资金的价值是随 时间变 化而变 化的， 是时间 的函数 ，随时 间的推 移而增 值，其 增值的 这部分 资金就 是原有 资金的 时间价 值
四、色品坐标和色品图
三原色各自在R+G+B总量中的相对比例 叫做色品坐标，用符号r，g，b来表示。 （chromaticity coordinates）
色品坐标与 三刺激值关系式
r=R/(R+G+B) g=G/(R+G+B) b=B/(R+G+B)=1-r-g
资金是运动的价值，资金的价值是随 时间变 化而变 化的， 是时间 的函数 ，随时 间的推 移而增 值，其 增值的 这部分 资金就 是原有 资金的 时间价 值
色品图（Chromaticity diagram）
挡屏
资金是运动的价值，资金的价值是随 时间变 化而变 化的， 是时间 的函数 ，随时 间的推 移而增 值，其 增值的 这部分 资金就 是原有 资金的 时间价 值
颜色视觉特性
2°视场下用上述选定三原色匹配等能光谱色的R、
G、B三刺激值，用光谱三刺激值
r,g 来,b 表
示 ，这一组函数叫做“CIE1931-RGB系统标准色
资金是运动的价值，资金的价值是随 时间变 化而变 化的， 是时间 的函数 ，随时 间的推 移而增 值，其 增值的 这部分 资金就 是原有 资金的 时间价 值
CIE标准色度学系统
第四节 CIE标准色度学系统一、CIE1931RGB 真实三原色表色系统（一）、颜色匹配实验把两个颜色调整到视觉相同的方法叫颜色匹配，颜色匹配实验是利用色光加色来实现的。
图5-24中左方是一块白色屏幕，上方为红R、绿G、蓝B三原色光，下方为待配色光C，三原色光照射白屏幕的上半部，待配色光照射白屏幕的下半部，白屏幕上下两部分用一黑挡屏隔开，由白屏幕反射出来的光通过小孔抵达右方观察者的眼内。
人眼看到的视场如图右下方所示，视场范围在2°左右，被分成两部分。
图右上方还有一束光，照射在小孔周围的背景白版上，使视场周围有一圈色光做为背景。
在此实验装置上可以进行一系列的颜色匹配实验。
待配色光可以通过调节上方三原色的强度来混合形成，当视场中的两部分色光相同时，视场中的分界线消失，两部分合为同一视场，此时认为待配色光的光色与三原色光的混合光色达到色匹配。
不同的待配色光达到匹配时三原色光亮度不同，可用颜色方程表示：C=R（R）+G（G）+B（B）（5-1）式中C 表示待配色光；（R）、（G）、（B）代表产生混合色的红、绿、蓝三原色的单位量；R、G、B分别为匹配待配色所需要的红、绿、蓝三原色的数量，称为三刺激值；“o”表示视觉上相等，即颜色匹配。
图5-24 颜色匹配实验（二）、三原色的单位量国际照明委员会（CIE）规定红、绿、蓝三原色的波长分别为700nm、546.1nm、435.8nm，在颜色匹配实验中，当这三原色光的相对亮度比例为1.0000：4.5907：0.0601时就能匹配出等能白光，所以CIE选取这一比例作为红、绿、蓝三原色的单位量，即（R）：（G）：（B）=1：1：1。
尽管这时三原色的亮度值并不等，但CIE却把每一原色的亮度值作为一个单位看待，所以色光加色法中红、绿、蓝三原色光等比例混合结果为白光，即（R）+（G）+（B）=（W）。
（三）、 CIE-RGB 光谱三刺激值CIE-RGB 光谱三刺激值是317位正常视觉者，用CIE 规定的红、绿、蓝三原色光，对等能光谱色从380nm 到780nm 所进行的专门性颜色混合匹配实验得到的。
CIE标准色度学系统
⑶规定（ 规定 X）和（ 和 Z）的亮度为 的亮度为0，XZ线称为无 亮度线 无亮度线 的各点只代表 度 亮度线。无亮度线上的各点只代表色度， 没有亮度，但Y既代表色度，也代表亮度。 为了使用方便，XYZ三角形经过转换就成 为麦克斯韦直线三角形，即目前国际通用 的CIE 1931 色度图。
• CIE 1931 标准观察者光谱三刺激值 标准 察者光谱 刺激值X‐，Y‐，Z‐ 分别代表匹配各波长等能光谱刺激所需要 的红、绿、蓝三原色的量。在理论上，要 想得到某一波长的光谱颜色 想得到某 波长的光谱颜色，可以从表中 可以从表中 ‐ ‐ ‐ 或图上查出相应的X ，Y ，Z 三刺激值，也 就是说 按X‐，Y‐，Z‐数量的红、绿、蓝设 就是说，按 数量的红 绿 蓝设 想原色相加，便能得到该光谱色。
X k ( ) x ( ) Y k ( ) y ( ) Z k ( ) z ( )
4. 根据下式，求出光源的色度坐标。 根据 式 求出光源的色度坐标
X x X Y Z Y y X Y Z Z z X Y Z
1931 CIE‐RGB系统
莱 特 （ W.D.Wright,1928‐1929 ） 选 择 650 、 530 和 460nm 的 三 原 色 和 吉 尔 德 （J.Guild,1931）选择630、542和460nm三原 色，由若干名观察者在2°视场范围内，用 视场范围内，用 这三种原色匹配等能光谱的各种颜色。
光谱三刺激值与光谱色色度坐标的关系为： 光谱 刺激值与光谱色色度坐标的关系为 r＝ r‐ /（ r‐ ＋ g‐ ＋ b‐ ）， g＝ g‐ /（ r‐ ＋ g‐ ＋ b‐ ）, b= b‐ /（ r‐ ＋ g‐ ＋ b‐ ） 1931 CIE‐RGB 系统用700nm，546.1 546 1 nm和 435.8 nm作为三原色是因为700nm是可见光 的红色末端 546.1 的红色末端， 546 1 nm和435.8 435 8 nm是两个较 为明亮的汞亮线谱，三者都比较容易精确 地产生 来 地产生出来。
CIE标准色度系统课程(PDF 50页)
2.6 CIE 标准照明体和标准光源
我们知道，照明光源对物体的颜色影响很大。不同的光源，
有着各自的光谱能量分布及颜色，在它们的照射下物体表面呈现 的颜色也随之变化，确定颜色离不光源。
为了统一对颜色的认识，首先必须要规定标准的照明光源。 CIE规定的标准照明体是指特定的光谱能量分布(《色度学》 p229），是规定的光源颜色标准。因为光源的颜色与光源的色温 密切相关，所以CIE规定了四种标准照明体的色温标准： 这4种标 准光源的名称见下表，在这4种标准光源中，常用的Ｃ光源和Ｄ65 光源，我国以Ｄ65为标准光源。
显色性Color rendering： 光源对物体本身颜色呈现的程度称为显色性，也就是颜色逼
真的程度；光源的显色性是由显色指数来表明，它表示物体在光 下颜色比基准光（太阳光）照明时颜色的偏离，能较全面反映光 源的颜色特性。显色性高的光源对颜色表现较好，我们所见到的 颜色也就接近自然色，显色性低的光源对颜色表现较差，我们所 见到的颜色偏差也较大。国际照明委员会CIE把太阳的显色指数 定为100，各类光源的显色指数各不相同，如：高压钠灯显色指 数Ra=23，荧光灯管显色指数Ra=60~90。显色分两种：
• 人造光源来实现标准照明体的规定
CIE规定的标准照明体是指特定的光谱能量分布（《色度 学》p229-），是规定的光源颜色标准。它并不是必须由一个光源 直接提供，也并不一定用某一光源来实现。为了实现CIE规定的 标准照明体的要求，还必须规定标准光源，以具体实现标准照明 体所要求的光谱能量分布。CIE推荐下列人造光源来实现标准照 明体的规定： √ 标准光源A：色温为2856K的充气螺旋钨丝灯，其光色偏黄(白 织灯)。
CIE标准色度学系统
CIE标准色度学系统CIE标准色度学系统，全名为国际照明委员会标准色度学系统，是一种用于量化和描述颜色的科学方法。
它是由国际照明委员会（CIE）开发和推广的，目的是建立一个统一的国际标准，以便不同地区和领域的人们能够使用相同的术语和工具来描述和测量颜色。
CIE标准色度学系统基于人类视觉系统的特性和颜色感知的原理，广泛应用于工业工程、设计、艺术和科学研究领域。
下面将详细介绍CIE标准色度学系统的基本原理和应用。
CIE标准色度学系统是基于三个基本刺激色彩：红色，绿色和蓝色。
它们被称为三刺激值，并用X、Y和Z表示。
这些基本刺激色彩可以组合成所有其他的可见光颜色。
CIE标准色度学系统通过测量和描述三刺激值的相对量来定量描述颜色。
这些相对量是通过比较样品与已知标准的颜色之间的差异来确定的。
以CIE标准光源和CIE标准观察者为基准，CIE标准色度学系统提供了一种一致和可重复的方法来测量和描述颜色。
CIE标准色度学系统的应用非常广泛。
在工业工程中，它可以用于设计和控制光照，以确保产品的颜色一致性。
例如，在汽车制造业中，使用CIE标准色度学系统可以确保一个车型的不同部件的颜色一致，这对于提高产品质量和顾客满意度非常重要。
此外，CIE标准色度学系统还可以用于指导产品的色彩设计和开发，以满足不同顾客的需求和喜好。
在设计和艺术领域，CIE标准色度学系统可以用来操纵颜色，以实现特定的视觉效果。
例如，可以使用CIE标准色度学系统来调整图像和照片的颜色平衡，并根据需要增强或减弱特定颜色的亮度和饱和度。
此外，CIE标准色度学系统还可以用于指导画家和设计师在他们的作品中使用颜色。
在科学研究领域，CIE标准色度学系统可以用来研究和理解人类视觉系统的特性和颜色感知的机制。
通过研究CIE标准色度学系统，科学家们可以更好地了解色盲和其他视觉障碍的发生机制，并开发更好的方法来诊断和治疗这些问题。
总之，CIE标准色度学系统是一种用于量化和描述颜色的标准化方法。
色度学原理与CIE标准色度学系统
色度学原理与CIE标准色度学系统一、引言色度学是一门研究颜色的科学，它涉及到物体反射、发射和感知的光的属性。
色度学的研究对于许多应用领域都具有重要意义，如图像处理、印刷、设计等。
CIE标准色度学系统作为国际上广泛应用的色度学标准，为我们提供了描述颜色的一套分析方法和标准。
二、色度学基础2.1 光的色彩与频率色彩来源于光的特性，光的色彩与其频率有直接关系。
常见的可见光波长范围在380-780纳米之间，对应的频率范围为400-790THz。
不同频率的光波经过人眼感觉，形成不同的颜色感知。
2.2 色光三基色原理色光三基色原理是指将可见光的色彩分解为三种基本色彩，通过不同的基本色彩的混合来形成各种其他颜色。
一般来说，最常用的三基色是红色、绿色和蓝色，这也是彩色显示技术的基础。
2.3 颜色感知人眼对于颜色的感知是通过视锥细胞来实现的。
根据颜色的感知级别，可以将颜色分为亮度、饱和度和色相三个属性。
亮度表示颜色的明暗程度，饱和度表示颜色的纯度，色相表示颜色的种类和类别。
三、CIE标准色度学系统3.1 CIE标准色度学系统简介CIE标准色度学系统是国际照明委员会（CIE）制定的一套描述和标准化颜色的系统。
它通过数学模型和测量标准，将各种颜色归纳成一组三刺激值，即人眼对应的红、绿、蓝三种光的感知量。
3.2 CIE XYZ色彩空间CIE XYZ色彩空间是CIE标准色度学系统的基础，它是一种线性变换的色彩空间，能够精确地表示所有可见光的颜色。
CIE XYZ色彩空间以人眼的感知为基础，通过三个轴表示红、绿、蓝三种感知的亮度值。
3.3 CIE色度图CIE色度图是CIE标准色度学系统中的一种图形表示方式，它将颜色以坐标的形式展示在一个平面内。
CIE色度图中，色度坐标表示颜色的色相和饱和度，亮度值表示颜色的亮度。
通过CIE色度图，可以直观地比较不同颜色之间的差异。
3.4 CIE L a b*色彩空间CIE L a b色彩空间是一种非线性变换的色彩空间，它将颜色表示为一组三维坐标。
易懂的CIE色度图
CIE色度图•CIE-RGB系统o标准三原色匹配任意颜色的光谱三刺激值曲线。
曲线中的一部分500μm附近的r三刺激值是负数，这当然不能否定将红、绿、蓝三色混合可以得到其他颜色，但它确实表明一些颜色不能够仅仅通过将三原色混合来得到而在普通的CRT上显示。
o图例：•CIE-XYZ系统o由于实际上不存在负的光强，1931年CIE规定了3种假想的标准原色X(红)、Y(绿)、Z(蓝)构造了CIE-XYZ系统，以便使能够得到的颜色匹配函数的三刺激值都是正值：o C=xX+yY+zZo图例：•三刺激空间和色度图o所有颜色向量组成了x>0、y>0和z>0的三维空间第一象限锥体o取一个截面 x+y+z＝1o该截面与三个坐标平面的交线构成一个等边三角形，每一个颜色向量与该平面都有一个交点，每一个点代表一个颜色，它的空间坐标(x,y,z)表示为该颜色在标准原色下的三刺激值，称为色度值 o图例：•CIE色度图o CIE色度图的翼形轮廓线代表所有可见光波长的轨迹，即可见光谱曲线。
o沿线的数字表示该位置的可见光的主波长。
o中央的C对应于近似太阳光的标准白光，C点接近于但不等于x=y=z=1/3的点。
o红色区域位于图的右下角，绿色区域在图的顶端，蓝色区域在图的左下角，连接光谱轨迹两端点的直线称为紫色线。
•用途o得到光谱色的互补色，只要从该颜色点过C点作一条直线，求其与对侧光谱曲线的交点，即可得到补色的波长。
D的补色为E。
o确定所选颜色的主波长和纯度。
颜色A的主波长，从标准白光点C 过A作直线与光谱曲线相交于B（A与B在C的同侧），这样颜色A可以表示为纯色光B和白光C的混合，B就定义了颜色A的主波长。
oo定义一个颜色域。
通过调整混合比例，任意两种颜色：o I和J加在一起能够产生它们连线上的颜色o再加入第三种颜色K，就产生三者（I、J和K）构成的三角形区域的颜色。
•应用限制o色度图的形状表明，没有一个3个顶点均在可见光翼形区的三角形可以完全覆盖该区域。
颜色的度量─CIE色度图
颜色的度量─CIE色度图明度、色调和饱和度称为颜色视觉三特性。
明度就是明亮的程度；色调是由波长决定的色别，如700nm光的色调是红色，579nm光的色调是黄色，510nm光的色调是绿色等等；饱和度就是纯度，没有混入白色的窄带单色，在视觉上就是高饱和度的颜色。
光谱所有的光都是最纯的颜色光，加入白色越多，混合后的颜色就越不纯，看起来也就越不饱和。
国际照明委员会（CIE）1931年制定了一个色度图，用组成某一颜色的三基色比例来规定这一颜色，即用三种基色相加的比例来表示某一颜色，并可写成方程式：(Color)=G(R)+G(G)+B(B)式中，（C）代表某一种颜色，（R）、（G）、（B）是红、绿、蓝三基色，R、G、B是每种颜色的比例系数，它们的和等于1，即R＋G＋B＝1，“C”是指匹配即在视觉上颜色相同，如某一蓝绿色可以表达为：(C)=0.06(R)+0.31(G)+0.63(B)如果是二基色混合，则在三个系数中有一个为零；如匹配白色，则R、G、B应相等。
任何颜色都用匹配该颜色的三基色的比例加以规定，因此每一颜色都在色度图中占有确定的位置。
色度图中：X轴色度坐标相当于红基色的比例；Y轴色度坐标相当于绿基色的比例。
图中没有Z轴色度坐标（即蓝基色所占的比例），因为比例系数X＋Y＋Z＝1，Z的坐标值可以推算出来，即1一（X＋Y）＝Z。
国际照委会制定的CIE1931色度图如附图31。
色度图中的弧形曲线上的各点是光谱上的各种颜色即光谱轨迹，是光谱各种颜色的色度坐标。
红色波段在图的右下部，绿色波段在左上角，蓝紫色波段在图的左下部。
图下方的直线部分，即连接400nm和700nm的直线，是光谱上所没有的、由紫到红的系列。
靠近图中心的C是白色，相当于中午阳光的光色，其色度坐标为X＝0．3101，Y＝0．3162,Z=0.3737。
设色度图上有一颜色S，由C通过S画一直线至光谱轨迹O点（590nm），S颜色的主波长即为590nm，此处光谱的颜色即S的色调（橙色）。
第二章CIE标准色度系统1
C 2R 2G 1B
（R、 G、 B是原色光）
第一节 颜色匹配
光谱三刺激值匹配实验 用 三原色光匹配等能光谱色。 光谱三刺激值 匹配等能光 谱色的三原色数量（记 ~ ~ ）。 r 、g 为 ~ 、b
5 0
53
5
48
0.4
47
m
0
g
-0.5 0 -0.4
0.5
1
1.5 X
第二节 CIE标准色度系统
CIE1931XYZ标准色度系统
使用假象三原色将 r (), g (),b () 光谱三刺激值转换变为XYZ系统的光谱三刺 x ( ), ~ y ( ), ~ z ( )，这样新建立的 激值称为CIE1931标准色度观察者光谱刺激值 ~ 色度系统称为CIE1931-XYZ系统
CIE1931-RGB标准色度观察者光谱三刺激值曲线
0.4 0.35 0.3
三刺激值
0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 -0.05 -0.1 380 430 480 530 580 630 680 730 780
波长（nm）
第二节 CIE标准色度系统
光谱色色品坐标
r g ~ b b ~ ~ g ~b r
A 大于1 B 大于3 C 等于1 D 等于3 13、匹配标准白光时的三原色色光数量都确定为一个单位，此时——。
A R=G=B=1
B R=G=B=3
C R=G=B〈1
D RGB不相等
第二节 CIE标准色度系统
CIE标准色度系统：CIE所规定的一系列颜色测量原理、 条件、数据和计算方法被称为CIE标准色度系统。 CIE色度系统以两组实验数据为基础： 1.CIE1931标准色度观察者光谱三刺激值：实用于小 于4度视场颜色测量； 2.CIE1964补充标准色度观察者光谱三刺激值：实用 于大于4度视场颜色测量
CIE标准色度学习教材
RGB系统中的度方程是：
Y r 4.5907 g 0.0601b
亮度为零，即：Y 0， r 4.5907 g 0.0601b 0 把r g b 1代入，得：
0.9399r 4.5306 g 0.0601 0 这就是亮零度方程。
求直线的交点
0.9399 r+4.5306g+0.0601=0 r+0.99g-1=0 1.45r+0.55g+1=0
0.17697r ( ) 0.81240 g ( ) 0.01063b( ) y ( ) 0.66697r ( ) 1.13240 g ( ) 1.20063b( )
0.00000r ( ) 0.01000 g ( ) 0.99000b( ) z ( ) 0.66697r ( ) 1.13240 g ( ) 1.20063b( )
RGB系统中的三刺激值和XYZ系统中 三刺激值的转换关系
x( ) 2.7696r ( ) 1.7518 g ( ) 1.13014b( ) y ( ) 1.0000r ( ) 4.5907 g ( ) 0.0601b( ) z ( ) 0.0000r ( ) 0.0565 g ( ) 5.5942b( )视角Aຫໍສະໝຸດ θθ /2 A/2
D
CIE1964-RGB系统中的三刺激值和CIE1964 XYZ系统中三刺激值的转换关系
x10 ( ) 0.341080r10 ( ) 0.189145 g10 ( ) 0.387529b10 ( ) y10 ( ) 0.139058r10 ( ) 0.837460 g10 ( ) 0.073316b10 ( ) z10 ( ) 0.00000r10 ( ) 0.039553g10 ( ) 2.026200b10 ( )
CIE标准色度学系统
28
29
21
1—CIE1931标准色度学系统
CIE1931标准色度图 特点： 1.x +y + z=1 ∆λ=5nm 2.光谱轨迹特点 3.三原色坐标 4.无亮度线 5.等能白光点 6.主波长 7.色饱和度 8.混合中间色 1.700-770nm 9.颜色视觉特点 2.540-700nm
3.380-540nm 4.互补色
22
2—CIE1964补充色度学系统
• 适用范围：适合10°大视场观察
实验者 三原色 被试数 量 视场范围 三原色单位规定
645.2nm红光、 斯泰尔和 526.3nm绿光、 伯奇 444.4nm蓝光 640nm红光、 斯柏林斯 545nm绿光、 卡娅 465nm蓝光
49
10°
相加匹配NPL白色的条件 下，定三者为等量关系
11
12
1—CIE1931标准色度学系统
1931CIE-RGB系统的缺陷： 标定光谱的三原色总是有负值出现，计算起来极不方 便、且不易理解。
改进
1931标准色度学系统
1931CIE-XYZ系统(CIE1931标准色度学系统) 在1931CIE-RGB系统的基础上，改用三个假设的三原色 （X），（Y），（Z）建立了一个新的色度图，同时将匹 配等能光谱各种颜色的三原色数值标准化。
莱特
10
2°
630nm红光、 吉尔德 542nm绿光、 460nm蓝光
7
2°
相加匹配NPL白色的条件 下，定三者为等量关系
7
8
接近三原色三角 形的中心
9
1—CIE1931标准色度学系统
1931CIE-RGB色度学系统由二人的结果经过结合、转换 取平均值得到
CIE标准色度学系统说明
CIE标准色度学系统说明二、 1931CIE-XYZ标准色度系统所谓1931CIE-XYZ系统，确实是在RGB系统的基础上，用数学方法，选用三个理想的原色来代替实际的三原色，从而将CIE-RGB系统中的光谱三刺激值和色度坐标r、g、b均变为正值。
（一）、CIE-RGB系统与CIE-XYZ系统的转换关系选择三个理想的原色（三刺激值）X、Y、Z，X代表红原色,Y代表绿原色,Z代表蓝原色,这三个原色不是物理上的真实色，而是虚构的假想色。
它们在图5-27中的色度坐标分不为：从图5-27中能够看到由XYZ形成的虚线三角形将整个光谱轨迹包含在内。
因此整个光谱色变成了以XYZ三角形作为色域的域内色。
在XYZ系统中所得到的光谱三刺激值、、、和色度坐标x、y、z将完全变成正值。
经数学变换，两组颜色空间的三刺激值有以下关系：X=0.490R+0.310G+0.200BY=0.177R+0.812G+0.011B …………………………（5-8）Z= 0.010G+0.990B两组颜色空间色度坐标的相互转换关系为：x=（0.490r+0.310g+0.200b）/（0.667r+1.132g+1.200b）y=（0.117r+0.812g+0.010b）/（0.667r+1.132g+1.200b）………………(5-9)z=（0.000r+0.010g+0.990b）/（0.667r+1.132g+1.200b）这确实是我们通常用来进行变换的关系式，因此，只要明白某一颜色的色度坐标r、g、b，即能够求出它们在新设想的三原色XYZ颜色空间的的色度坐标x、y、z。
通过式（5-9）的变换，对光谱色或一切自然界的色彩而言，变换后的色度坐标均为正值，而且等能白光的色度坐标仍然是（0.33，0.33），没有改变。
表5-3是由CIE-RGB系统按表5-2中的数据，由式（5-9）计算的结果。
从表5-3中能够看到所有光谱色度坐标x(l)，y(l)，z(l)的数值均为正值。
第三章CIE标准色度学系统
r+g+b=1,所以可以只用 r和g便可以在空间上表示 一个颜色
2、色品图 色品图：用色品坐标来标定一种颜色的空间位置的示
意图叫色品图
色品图的种类：
（1）麦克斯维颜色三角形 （2）1931 CIE-RGB系统 （3）1931 CIE-XYZ系统 （4）CIE 1960均匀色度标尺图 （5）CIE 1964补充色度学系统色品图 （6）CIE 1964均匀颜色空间 （7）CIE 1976L*a*b*均匀颜色空间及色差公式 （8）CIE 1976L*u*v*均匀颜色空间及色差公式 （9）CMC色差公式 （10）CIE 1994色差公式 （11）CIE DE 2000色差公式 （12）CIE CAM色貌模型
莱特三原色实验色度图
吉尔德三原色实验色度图
3、1931CIE-RGB系统产生 （1）三原色选择： 选择：红700 nm、绿546.1 nm、蓝435.8 nm （2）数据获取： 1931年CIE采用他们两人研究结果的平均数，定出匹配 等能光谱色光的 、 、 光谱三刺激值，这一 组函数称为“1931CIE-RGB 系统标准色度观察者光谱三刺 r(λ) g(λ) b(λ) 激值”。如表3-1 （见图P61，图3-6） （3）标准白定位： 规定三原色的等量关系。色温为4800K的白色光，在图 中心。（坐标r=g=b=0.3333) （4）1931CIE-RGB系统色度图 根据“1931CIE-RGB系统标准色度观察者光谱三刺激值 ”计算出对应光谱色色品坐标，作图见P62，图3-7.
2、色光相加的数字表示 两个颜色相加： 若两个色光C1和C2，且 (C1)≡R1(R)＋G1(G)＋B1(B) (C2)≡R2(R)＋G2(G)＋B2(B) 则混合色为： (C) ≡ R(R)＋G(G)＋B(B) (C) ≡ (C1)＋(C2) ≡R1(R)＋G1(G)＋B1(B) ＋R2(R)＋G2(G)＋B2(B) 而且： R＝R1＋R2 G＝G1＋G2 B＝B1＋B2
色度学原理与CIE标准色度学系统
已知：[X] 的色度坐标：（rX，gX，bX） [Y]的色度坐标： （rY，gY，bY） [Z] 的色度坐标：（rZ，gZ，bZ） 则[X]、[Y]、[Z]在R*、G*、B*中的色向量分别为： [X] = rX [R] + gX [G] + bX [B] [Y] = rY [R] + gY [G] + bY [B] [Z] = rZ [R] + gZ [G] + bZ [B] 对X*、Y*、Z*体系按照不同的规化条件，因此有 {X} = kX [X] = kX rX [R] + kX gX [G] + kX bX [B] {Y} = kY [Y] = kY rY [R] + kY gY [G] + kY bY [B] {Z} = kZ [Z] = kZ rZ [R] + kZ gZ [G] + kZ bZ [B] 其中kX 、kY 、kZ 为确定{X}、{Y}、{Z}单位向量的规化系数。
5.2.2 颜色方程
令 [W] = (1/3)[R] + (1/3)[G] + (1/3)[B] [W]色度坐标：r = 1/3、g = 1/3、b = 1/3 相应 [R]、[G]、[B] 的相对光亮度值： L[R]= 1.0000 、L[G] = 4.5907 、L[B] = 0.0691 ， 从而颜色C*的单位光亮度为 L[C] = r L[R] + g L[G] + b L[B] 若已知颜色C*的光亮度为L，并且测量得颜色C*的r、g、b值，则颜色C*的色量为 C = L / L[C] = L / ( r L[R] + g L[G] + b L[B] )
5.4 色谱图
颜色和视觉(CIE色度图)
颜色和视觉CIE色度图由三色学说的原理我们知道，任何一种颜色可以通过红、绿、蓝三原色按照不同比例混合来得到。
可是，给定一种颜色，采用怎样的三原色比例才可以复现出该色，以及这种比例是否唯一，是我们需要解决的问题，只有解决了这些问题，我们才能给出一个完整的用RGB来定义颜色的方案。
CIE（国际照明委员会）选取的标准红、绿、蓝三种光的波长分别为：红颜色的匹配可以用式子表示为：其中权值r、g、b为颜色匹配中所需要的R、G、B三色光的相对量，也就是三刺激的值。
1931年，CIE给出了用等能标准三原色来匹配任意颜色的光谱三刺激值曲线（图4.1.5），这样的一个系统被称为CIE-RGB系统。
图4.1.5 标准三原色匹配任意颜色的光谱三刺激值曲线在上面的曲线中我们发现，曲线的一部分三刺激值是负数，这表明我们不可能靠混合红、绿、蓝三种光来匹配对应的光，而只能在给定的光上叠加曲线中负值对应的原色，来匹配另两种原色的混合。
对应于在式（4.1.1）中的权值会有负值，由于实际上不存在负的光强，而且这种计算极不方便，不易理解，人们希望找出另外一组原色，用于代替CIE-RGB系统，因此，1931年的CIE-XYZ系统利用三种假想的标准原色X（红）、Y（绿）、Z（蓝），以便使我们能够得到的颜色匹配函数的三刺激值都是正值。
类似地，该系统的光颜色匹配函数定义为如下的一个式子：在这个系统中，任何颜色都能由三个标准原色的混合（三刺激值是正的）来匹配。
这样我们就解决了用怎样的三原色比例混合来复现给定的颜色光的问题，下面我们来介绍一下得到的上述比例是否唯一的问题。
我们可以知道，用R、G、B三原色(实际上是CIE-XYZ标准原色)的单位向量可以定义一个三维颜色空间(图4.1.6)，一个颜色刺激(C)就可以表示为这个三维空间中一个以原点为起点的向量，我们把该三维向量空间称为(R、G、B)三刺激空间，该空间落在第一象限，该空间中的向量的方向由三刺激的值确定，因而向量的方向代表颜色。
CIE基本色度学分析[1][1].doc--2
![CIE基本色度学分析[1][1].doc--2](https://img.taocdn.com/s3/m/0cb0a83631126edb6f1a10b9.png)
CIE基本色度学分析通常，取光通量为1光瓦的红基色光为基准，于是要配出白光，就需要4.5907光瓦的绿光和0.0601光瓦的蓝光，而白光的光通量则为Φw =1 + 4.5907 + 0.0601=5.6508光瓦为简化计算，使用了三基色单位制，记作[R]、[G]、[B]，它规定白光是由各为1个单位的三基色光组成，即MW = 1[R] + 1[G] + 1[b]符号M的含义是“可由…混合配出”。
由此可知，=1个单位[R]=1光瓦(红基色光)1个单位[G]=4.5907光瓦(绿基色光)1个单位[B]=O.0601光瓦(蓝基色光)选定上述单位以后，对于任意给出的彩色光C，其配色方程可写成C=r1[R] + g1[G] + b1[B]该色的光通量为Φc=(r1+4.5907g1+0.0601b1)光瓦=680(r1+4.5907g1+0.0601b1)流明其中，r1、g1、b1为三个色系数。
在只考虑色光色度时，起决定作用的是r1、g1、b1的相对比例，而不是其数值大小，于是可进一步规格化。
令m = r1 + g1 + b1r = r1/mg = g1/mb = b1/m显然，r+g+b=1式中，m称为色模，它代表某彩色光所含三基色单位的总量。
r、g、b称为RGB 制的色度座标或相对色系数，它们分别表示：当规定所用三基色单位总量为1 时，为配出某种给定色度的色光所需的[R]、[G]、[B]数值。
这样，C=m{r[R]+g[G]+b[B]}。
除了数学表达式以外，描述色彩的还有色度图，色度图能把选定的三基色与它们混合后得到的各种彩色之间的关系简单而方便地描述出来。
图1 表示一个以三基色顶点的等边三角形。
三角形内任意一点P到三边的距离分别为r、g、b。
若规定顶点到对应边的垂线长度为1，则不难证明关系r+g+b=1成立，因此r、 g、b就是这一色三角形的色度座标。
显然，白色色度对应于色三角形的重心，记为W，因为该点r=1/3，g=1/3，b=1/3 沿RG边表示由红色和绿色合成的彩色，此边的正中点为黄色，其色度座标为r=1/2, g=1/2, b=0.橙色在黄色与红色之间(r=3/4，g=1/4，b=O)。
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CIE标准色度学系统国际照明委员会 (CIE) 规定的颜色测量原理、基本数据和计算方法，称做CIE 标准色度学系统。
CIE标准色度学的核心内容是用三刺激值及其派生参数来表示颜色。
任何一种颜色都可以用三原色的量，即三刺激值来表示。
选用不同的三原色，对同一颜色将有不同的三刺激值。
为了统一颜色表示方法，CIE对三原色做了规定。
光谱三刺激值或颜色匹配函数是用三刺激值表示颜色的极为重要的数据。
对于同一组三原色，正常颜色视觉不同入测得的光谱三刺激值数据很接近，但不完全相同。
为了统一颜色表示方法，CIE取多人测得的光谱三刺激值的平均数据做为标准数据，并称之为标准色度观察者。
CIE对三刺激值和色品坐标的计算方法作了规定。
对于物体色，光源、照明和观察条件对颜色有一定影响。
为了统一测量条件，CIE 对光源、照明条件和观察条件也做了规定。
一、CIE1931标准色度学系统CIE1931标准色度学系统，是1931年在CIE第八次会议上提出和推荐的。
它包括1931CIE-RGB和1931 CIE-XY Z两个系统，分别介绍如下：（一）1931CIE-RGB系统该系统用波长分别为7×10-7米（红）、5.461×10-7米（绿）和4.358×10-7米（兰）的光谱色为三原色，并且分别用（R）、（G）、（B）表示。
系统规定，用上述三原色匹配等能白光（E光源）三刺激值相等。
R、G、B的单位三刺激值的光亮度比为1.000: 4.5907:0.0601；辐亮度比为72.0962:1.3791:1.000。
系统的光谱三刺激值，由莱特实验和吉尔德（J·Guild）实验数据换算为既定三原色系统数据后的平均值来确定[详见参考文献]，并定名为“1931 CIE－RGB系统标准色度观察者光谱三刺激值”。
简称“1931 CIE－RGB系统标准观察者”。
光谱三刺激值分别用、和表示（二）1931 CIE－XYZ系统1931 CIE－RGB系统可以用来标定颜色和进行色度计算。
但是该系统的光谱三刺激值存在负值，这既不便于计算，也难以理解。
因此CIE同时推荐了另一色度学系统，即1931 CIE－XYZ系统。
1931 CIE－XYZ系统选用(X)、(Y)、(Z)、为三原色。
用此三原色匹配等能光谱色，三刺激值均为正值。
该系统的光谱三刺激值已经标准化，并定名为“CIE 1931标准色度观察者光谱三刺激值”，简称“CIE 1931标准色度观察者”。
1931 CIE－XYZ系统，是在1931 CIE－RGB系统基础上，经重新选定三原色和数据变换而确定的。
1、三原色的确定确定1931CIE－XYZ系统的三原色 (X)、(Y)、(Z)，遵循以下原则：（1）用此三原色匹配等能光谱色，三刺激值不应出现负值；（2）实际不存在的颜色在色品图上所占的面积应尽量小；（3）用Y刺激值表示颜色的亮度，同时亦表示色度；而X 和Z刺激值只表示色度，不代表亮度。
这种规定给颜色标定带来了很大的方便。
为了实现（1）和（2）两项要求，（X）、（Y）、（Z）三原色在1931CIE－RGB 色品图上色品点所形成的颜色三角形，应包住全部光谱色色品轨迹，且使三角形内在光谱色色品轨迹外部分占有最小的比例。
为了达到这一目的①选取色品图上光谱色色品轨迹波长7×10-7～5.4×10-7米段向两端延伸的直线作为新三原色色品点形成颜色三角形的(X) (Y) 边。
此线的色品坐标方程式为②选取靠近光谱色色品轨迹上波长为5.03×10-7米点的一条直线作为 (X) (Y) (Z) 三角形的 (Y) (Z)边，其色品坐标方程式为1.45r+0.55g+1=0为了满足条件，取色品图上的无亮度线作为 (X) (Y) (Z) 三角形的(X) (Z)边。
前边讲过，在1931CIE－RGB系统中，三刺激值相等时三原色的光亮度比为L(R):L(G):L(B) =1.000:4.5907:0.0601如果颜色C的色品坐标分别为r、g和b，其相对亮度L(c) 可表示为L (C ) =r+4.5907g+0.0601b若此点恰好在无亮度线上，即L(c) =0 ，则有r+4.5907g+0.0601b=0把b=1-r-g代入上式，得0.9399r+4.5306g+0.0601=0就是1931CIE－RGB色品图上的无亮度线方程，也就是(X) (Y) (Z)三角形(X) (Z) 边的方程。
式（5－58）、（5－59）和（5－60）三个方程所代表的三条直线构成的三角形的顶点便是选定三原色(X)、(Y)、(Z)的色品点。
通过解联立方程求得的（X）、（Y）、（Z）三原色在1931CIE－RGB系统的色品坐标如下表所示。
r g b(X) 1.2750 -0.2778 0.0028(Y) -1.7392 2.7671 -0.0279(Z) -0.7431 0.1409 1.60222、CIE1931标准色度观察者在1931CIE－RGB 系统色品图上，新三原色(X)、(Y)和(Z)的色品点在偏马蹄形光谱色色品轨迹之外，只有这样才能保证光谱三刺激值不出现负值。
但是在光谱色色品轨迹外的颜色，实际是不存在的。
所以(X)、(Y)、(Z)三原色能够用来表示颜色，却不能用来进行实际的混合匹配。
因而1931 CIE－XYZ系统的光谱三刺激值不能通过直接匹配实验来获得，该系统的光谱三刺激值，是由1931 CIE－RGB系统的有关数据经坐标转换和定标而确定的。
1931 CIE－XYZ系统的光谱三刺激值，定名为“CIE 1931 标准色度观察者光谱三刺激值”。
简称“CIE 1931标准色度观察者”。
图5－17给出了CIE 1931标准色度观察者光谱三刺激值曲线。
3、CIE 1931色品图根据定义，1931 CIE－XYZ系统的色品坐标为1931CIE-XYZ系统的色品图称做CIE1931色品图，波长为7×10-7～7.7×10-7米的光谱色，色品点重合在一起，表明它们有相同的色品坐标，在亮度相同时，表观颜色相同；波长为5.4×10-7～7×10-7米光谱色色品轨迹部分为一段直线，这一段上代表的任何光谱色,均可用波长为5.4×10-7和7×10-7米两种光谱色以一定的比例混合产生出来；光谱色色品轨迹波长3.8×10-7～5.4×10-7米对应的是一段曲线。
光谱色的饱和度最高，白光的饱和度最低。
在色品图上，色品点靠近光谱色色品轨迹的颜色，饱和度高，愈靠近白光色品点，颜色的饱和度愈低。
色品图能表示颜色混合。
颜色(M)和(N)的混合色的色品点，应在颜色(M)和(N)色品点连线上，具体位置决定于两种颜色的比例。
两种颜色(P)和(Q)以一定比例混合生成参考白色，例如白光(E)，则两颜色为互补色。
在色品图上，互为补色的两颜色色品点连线，一定通过参考白光的色品点，例如色品点(E) 。
光谱色色品轨迹开口端7.7×10-7米（红）和3.8×10-7米（紫）色品点连线上各色品点代表的颜色，不是光谱色，而是波长为7.7×10-7米和3.8×10-7米的红和紫两种光谱色的混合色。
4、光源色和物体色的三刺激值在本章第八节所介绍的颜色三刺激值计算方法在本系统中完全适用，但应把公式中的基本参量改为本系统的参量。
由此得到本系统的颜色三刺激值的表达式式中，、和为CIE1931标准色度观察者光谱三刺激值。
由于、、[或、、和等参数均是以一定波长间隔的离散值形式给出的，所以在实际计算时，是用求和式代替积分式对于光源色，有对于透射物体色，有对于反射物体色，有或者上述各式中的k为调节系数，改变k值，三刺激值也随之改变，对三刺激值的数值有调节作用。
为了使三刺激值有统一的尺度，CIE规定光源的Y刺激值为100。
把光源色的Y刺激值定为100后，得到这样确定系数k后，物体色的Y刺激值为式中，V(λ) 为光谱光效率函数（或视见函数），CIE规定。
物体色的Y刺激值实际上是反射（或透射）光通量相对于入射光通量的百分比，故Y 也称为亮度因数。
5、表示颜色特征的两个量——主波长和颜色纯度（1）主波长和补色波长颜色的主波长是以一定比例与参考白光相混合匹配出该颜色的光谱色的波长，常以表示之。
颜色的主波长与色调大致相对应，在不同明度下色调相同的颜色有稍有不同的主波长。
颜色的主波长可从色品图上求得。
在色品图上找到所考虑颜色的色品点(M)和参考白光，例如E光源的色品点(E)。
连接(E)和(M)，并延长与光谱色色品轨迹相交，交点对应的波长即为颜色(M)的主波长。
由图可知颜色(M)的主波长。
并不是所有颜色都有主波长，光谱色色品轨迹的开口两端点和参考白光色品点(E)所构成的三角形内各点所表示的颜色都没有主波长，因为参考白光色品点(E)和其中任何一点的连线延长均不能和光谱色色品轨迹相交，例如图中的任意点（N）。
但是把向反方向延长，则可和光谱色色品轨迹相交于(P)点。
点(P)对应的波长不是颜色(N)的主波长，而是颜色(N)补色的主波长，称之为颜色(N)的补色波长。
为了和主波长相区别，补色波长前加“一”号，或在波长后加“C”表示。
例如颜色(N)的补色波长表示为米，或者米C。
有主波长的颜色也可以有补色波长（2）颜色纯度颜色纯度表示颜色接近主波长光谱色的程度。
颜色纯度有两种表示方法：①刺激纯度一种颜色可以被看成是一种光谱色与参考白光以一定比例的混合色，其中光谱色的三刺激值总和与混合色三刺激值总和的比值Pe就能表示颜色接近光谱色的程度，定义Pe为颜色的刺激纯度式中，、、和为颜色(M) 所包含的主波长光谱色的三刺激值；X、 Y和Z为颜色(M) 的三刺激值。
假定颜色中所包含的参考白光的三刺激值为X0、Y0、Z0，根据颜色相加原理，有式中，为颜色(M)所包含的主波长光谱色三刺激值的总和；为参考白光三刺激值的总和。
经比例变换，有或者这就是根据颜色、主波长光谱色和参考白光色品坐标求刺激纯度的计算公式。
②亮度纯度颜色的纯度也可用该颜色所包含的光谱色的光亮度与该颜色的总光亮度比值来表示，称做亮度纯度，以表示之。
由前面的讨论知，颜色的Y刺激值与颜色的亮度成正比，故有式中，为颜色中光谱色的亮度因数；Y为该颜色的亮度因数。
前已定义颜色的刺激纯度为而, , 故有即则表示了刺激纯度p e和亮度纯度pc之间的关系。
颜色纯度和颜色饱和度大致对应。
说大致对应是因为在色品图不同部位上颜色纯度相同时饱和度可能稍有差异。
二、CIE1964补充标准色度学系统前述的1931CIE-RGB标准色度学系统和1931CIE-XYZ标准色度学系统的基本数据都是从莱特和吉尔德2°视场实验数据换算求得的，因此它们只适用小视场（w<4°）情况下的颜色标定。