颜色基础知识——CIE标准色度空间

    几乎所有的颜色都可以用三原色按某个特定的比例混合而成。这三种单色光中的任何一种都不能由其余两种混合产生。1931年，CIE（标准照明委员会）建立了一系列表示可见光谱的颜色空间标准，定义了CIE-RGB基色系统。规定了RGB系统的三原色光波长分别为700nm，546.1nm，435.8nm的红光（R）、绿光（G）、蓝光（B）。通过混色实验可以得到图1的一组曲线，它们表示在380nm-780nm范围内当各个光谱能量一样时，某一波长的光谱色与、、混色结果一样，并称这三条曲线为光谱三刺激值曲线。

 


图1 CIE1931 RGB系统光谱三刺激值曲线

    但这一系统存在一个明显的缺点，计算颜色三刺激值时会出现负值，给大量的计算带来不便。由于任何一种基色系统都可以从一种系统转换到另一种系统，因此人们可以选择任何一种想要的基色系统，以避免出现负值，并且使用方便。基于此CIE又推荐了CIE-XYZ系统，这个系统采用想象的X，Y和Z三种基色，它们代表红、绿、蓝三种原色。图2是基于2°视场的等能光谱的XYZ色度系统的三刺激值曲线、、。所以也称为2°视场XYZ色度系统，将具有这样的三刺激值曲线的假想的观察者称为CIE1931标准色度观察者。


图2 CIE1931 XYZ系统光谱三刺激值曲线

    任何一种颜色都可以表示为：，其中称X、Y、Z为该颜色的三刺激值。根据CIE的规定，三刺激值可由下面的公式计算得到。

                                                                           （1）

    其中P(λ)是光源辐射的相对光谱功率分布，、、是CIE1931标准色度观察者的光谱三刺激值，即图2中的曲线值。k是归一化系数，物理意义是将光源的Y值归一化为100，其计算公式为：

                                                                                   （2）

    在获得颜色的三刺激值后，可以按下式计算出该颜色在CIE1931色度系统中的色品坐标。

                                                                                            （3）

    由上式可知当颜色的x、y知道时，z值也随之确定，所以为了在二维坐标中表达颜色，采用x、y来描述。计算可见光380nm-780nm的各个单色光的色坐标，用x、y作为直角坐标绘制出一个直角坐标图，并将各个点连接起来形成一个光谱轨迹，称为色品图，如图3所示。其中点x=0.333，y=0.333为等能白点。


图3 CIE1931色品图