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CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)與CIE XYZ色度系統(tǒng)

2010-09-17

CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)
    用物理量值來表示顏色，以及采用儀器對(duì)顏色進(jìn)行測(cè)量的方法，都是以人眼色覺的實(shí)驗(yàn)規(guī)律為基礎(chǔ)的。CIE色度學(xué)系統(tǒng)就是以三色學(xué)說的色匹規(guī)律為基礎(chǔ)，經(jīng)過適當(dāng)?shù)男拚⒌?。而第一?jié)我們已經(jīng)講到加法混合中，講R，G，B光相加，與待測(cè)光C相同，稱為“顏色匹配”。即調(diào)配一種顏色，使其和另外一個(gè)給定的眼神在視覺上相等，或說相同。所謂三色原理，即任何一個(gè)顏色，都用線性無光的三個(gè)原色適當(dāng)?shù)叵嗉踊旌吓c之匹配，亦即任何一個(gè)顏色刺激，都能用線性無光的三個(gè)參照刺激適當(dāng)?shù)拇鷶?shù)和來重現(xiàn)。
一、CIE RGB色度系統(tǒng)
    采用紅（）、綠、藍(lán)線性無光的三個(gè)原色，以適當(dāng)?shù)牧肯嗷旌吓c某一顏色C相匹配，可用下式表達(dá)：
                                    C*=C（C）=R（R）+G（G）+B（B）式中“=”表示色匹配，即兩邊的顏色相同；R，G，B為與C*顏色像匹配所需要的三個(gè)原色的刺激量，稱為C*顏色的三刺激值；C為顏色C*的色量值，(C)為其單位；（R），（G），（B）各為三個(gè)原色的單位。選取的方法是，使C=R+G+B,即顏色C*的色量值等于其三刺激值之和。于是上式可變?yōu)?br/>                   （C）=R/(R+G+B)(R)+G/(R+G+B)(G)+B/(R+G+B)(B)
定義：
                    r=R/(R+G+B), g=G/(R+G+B), b=B/(R+G+B).
顯然， r+g+b=1。這樣
                   （C）=r(R)+g(G)+b(B)
     根據(jù)以上三個(gè)公式不難看到三個(gè)色度坐標(biāo)間存在著r+g+b=1的關(guān)系。此時(shí)某顏色C的色彩特性可以表示為C：    為了便于使用，CIE在1931年對(duì)上述色度坐標(biāo)進(jìn)行了適當(dāng)?shù)淖儞Q，用3千理想的原色光x(紅光)、Y(黃光)Z(綠光)代替RGB，用XYZ的色度坐標(biāo)xyz代替rgb．此時(shí)三個(gè)色度坐標(biāo)間仍滿足x+y+z=l的關(guān)系，得到了著名的CIEl931標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)及相應(yīng)的色度囤(圖1)。色度圖又稱色晶圖．CIE1931色度圖呈馬蹄型包括了人眼可以見到的所有顏色。色度圖中的弧形邊界對(duì)應(yīng)于所有光譜中的單色光，右下側(cè)是波長(zhǎng)為700nm的紅光，左下側(cè)是波長(zhǎng)380nm的藍(lán)紫光，色度圖下側(cè)的直線邊界表示不同強(qiáng)度的紅光與藍(lán)光可以混合出的各種品色光，這些光線在光譜中沒有．只能靠人工合成出來。色度圖的邊界色是人眼所能見到的飽和度更高的顏色。
 CIE1931RGB色度系統(tǒng)的三原色是：
        R    700.0nm
        G    546.1nm
        B    435.8nm
匹配等能光譜色的色匹配函數(shù)（也稱光譜三刺激值）的曲線。針對(duì)選定的三原色，通過對(duì)人眼的色匹配試驗(yàn)，可以得到每個(gè)波長(zhǎng)上光譜色品（度）坐標(biāo)。
二、CIE XYZ色度系統(tǒng)
    在RGB色度系統(tǒng)中，光譜色的色品坐標(biāo)和色匹配函數(shù)值出現(xiàn)了負(fù)值。因此，實(shí)用計(jì)算極不方便，也不易理解。為此，CIE推薦了XYZ系統(tǒng)。該系統(tǒng)選擇了虛擬的理論上的三個(gè)原色X，Y,Z ,它所依據(jù)的兩個(gè)主要原則是：
  （1）要使（X），（Y），（Z）所形成的三角形內(nèi)包括整個(gè)光譜色軌跡，并且使所包含的虛色（非真實(shí)色）盡量少，以便使全部光譜色和自然界中的一切顏色都能以正的三刺激值和色品坐標(biāo)來表示。
  （2）設(shè)定顏色的亮度用（y）的量Y來體現(xiàn)，使假定的另兩個(gè)原色（X）和（Z）的亮度為0，即（X）和（Z）兩個(gè)原色處在無亮（Y=0）線上.這樣在進(jìn)行色度計(jì)算時(shí)會(huì)很方便。
    通過轉(zhuǎn)換處理，可求出在CIE RGB 色品圖中對(duì)應(yīng)同一個(gè)波長(zhǎng)光譜色在CIE XYZ色品圖中的色度點(diǎn)，將光譜色各色度點(diǎn)連接起來，即成為CIE XYZ色品圖上光譜軌跡。
    在CIE XYZ 色度系統(tǒng)中，用于匹配等能光譜刺激所需的(X)，(y),(Z)三原色的數(shù)量叫做“CIE 1931標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者色匹配函數(shù)”（也曾稱“光譜三刺激值”），簡(jiǎn)稱“CIE 1931標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者”或2度視場(chǎng)色匹配函數(shù)。
三、CIE1931 色品（度） 

    任意一個(gè)顏色的色品都可用CIE 1931色品圖來描述。在圖中，馬蹄形線上的各點(diǎn)代表380nm（紫色）到780（紅色）之間的所有單色光，這條曲線是光譜軌跡。連接馬蹄形曲線兩端的直線——“紫線”代表光譜上所有的由紫到紅的顏色。
    色品圖上，y=0的直線即無亮度線。光譜軌跡的短波波端緊靠著條線。著意味著，雖然短波刺激能夠引起視覺反應(yīng)，但380~420nm波長(zhǎng)的輻射通量在視覺上只有很低的亮度感覺。
    在馬蹄形曲線包括的面積中，有一條彎曲線，它代表各種絕對(duì)溫度下黑體輻射軌跡。顏色三角形的中心E是等能白光，它由三原色各占1/3的量產(chǎn)生。因此，其色品坐標(biāo)為：X1=y1=Z1=0.3333.