CIE颜色系统.pdf

CIE（国际发光照明委员会） ：原文为 Commission Internationale de L'Eclairage（法）或International Commission on Illumination（英） 这个委员会创建的目的是要建立一套界定和测量色彩的技术标准可回溯到 1930 年， CIE 标准一直沿用到数字视频时代，其中包括白光标准（ D65）和阴极射线管（ CRT）内表面红、绿、蓝三种磷光理论上的理想颜色 CIE 的总部位于奥地利维也纳 CIE 颜色系统 颜色是一门很复杂的学科，它涉及到物理学、生物学、心理学和材料学等多种学科颜色是人的大脑对物体的一种主观感觉，用数学方法来描述这种感觉是一件很困难的事现在已经有很多有关颜色的理论、测量技术和颜色标准，但是到目前为止，似乎还没有一种人类感知颜色的理论被普遍接受 RGB 模型采用物理三基色，其物理意义很清楚，但它是一种与设备相关的颜色模型每一种设备 (包括人眼和现在使用的扫描仪、监视器和打印机等 )使用 RGB 模型时都有不太相同的定义，尽管各自都工作很圆满，而且很直观，但不能相互通用 1）简介 为了从基色出发定义一种与设备无关的颜色模型， 1931 年 9 月国际照明委员会在英国的剑桥市召开了具有历史意义的大会。

CIE 的颜色科学家们企图在 RGB 模型基础上，用数学的方法从真实的基色推导出理论的三基色，创建一个新的颜色系统，使颜料、染料和印刷等工业能够明确指定产品的颜色会议所取得的主要成果包含： λ 定义了标准观察者 (Standard Observer)标准：普通人眼对颜色的响应该标准采用想象的 X, Y 和 Z 三种基色，用颜色匹配函数 (color-matching function)表示颜色匹配实验使用2°的视野 (field of view)； λ 定义了标准光源 (Standard Illuminants)：用于比较颜色的光源规范； 定义了 CIEλ XYZ 基色系统： 与 RGB 相关的想象的基色系统， 但更适用于颜色的计算； 定义了 CIEλ xyY 颜色空间：一个由 XYZ 导出的颜色空间，它把与颜色属性相关的 x和 y 从与明度属性相关的亮度 Y 中分离开； 定义了 CIE 色度图 (CIEλ chromaticity diagram)：容易看到颜色之间关系的一种图 其后，国际照明委员会的专家们对该系统做了许多改进，包括 1964 年根据 10°视野的实验数据，添加了补充标准观察者 (Supplementary Standard Observer)的定义。

1976 年国际照明委员会又召开了一次具有历史意义的会议， 试图解决 1931 的 CIE 系统中所存在两个问题： 1. 该规范使用明度和色度不容易解释物理刺激和颜色感知响应之间的关系； 2. XYZ 系统和在它的色度图上表示的两种颜色之间的距离与颜色观察者感知的变化不一致，这个问题叫做感知均匀性 (perceptual uniformity)问题，也就是颜色之间数字上的差别与视觉感知不一致 为了解决颜色空间的感知一致性问题，专家们对 CIE 1931 XYZ 系统进行了非线性变换，制定了 CIE 1976 L*a*b*颜色空间的规范事实上， 1976 年 CIE 规定了两种颜色空间，一种是用于自照明的颜色空间，叫做 CIELUV，另一种是用于非自照明的颜色空间，叫做 CIE 1976 L*a*b*，或者叫 CIELAB这两个颜色空间与颜色的感知更均匀，并且给了人们评估两种颜色近似程度的一种方法，允许使用数字量 ΔE 表示两种颜色之差 CIE XYZ 是国际照明委员会在 1931 年开发并在 1964 修订的 CIE 颜色系统 (CIE Color System)，该系统是其他颜色系统的基础。

它使用相应于红、绿和蓝三种颜色作为三种基色，而所有其他颜色都从这三种颜色中导出通过相加混色或者相减混色，任何色调都可以使用不同量的基色产生虽然大多数人可能一辈子都不直接使用这个系统，只有颜色科学家或者某些计算机程序中使用，但了解它对开发新的颜色系统、编写或者使用与颜色相关的应用程序都是有用的 2） CIE 1931 RGB 按照三基色原理，颜色实际上也是物理量，人们对物理量就可以进行计算和度量根据这个原理就产生了用红、绿和蓝单光谱基色匹配所有可见颜色的想法，并且做了许多实验 1931年国际照明委员会综合了不同实验者的实验结果， 得到了 RGB 颜色匹配函数 (color matching functions)，其横坐标表示光谱波长，纵坐标表示用以匹配光谱各色所需要三基色刺激值，这些值是以等能量白光为标准的系数，是观察者实验结果的平均值为了匹配在 438.1 nm和 546.1 nm 之间的光谱色，出现了负值，这就意味匹配这段里的光谱色时，混合颜色需要使用补色才能匹配虽然使用正值提供的色域还是比较宽的，但像用 RGB 相加混色原理的CRT 虽然可以显示大多数颜色，但不能显示所有的颜色 3） CIE 1931 XYZ CIE 1931 RGB 使用红、绿和蓝三基色系统匹配某些可见光谱颜色时，需要使用基色的负值，而且使用也不方便。

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，因此人们可以选择想要的任何一种基色系统，以避免出现负值，而且使用也方便 1931 年国际照明委员会采用了一种新的颜色系统，叫做 CIE XYZ 系统这个系统采用想象的 X， Y 和 Z 三种基色，它们与可见颜色不相应 CIE 选择的 X， Y 和 Z 基色具有如下性质： λ 所有的 X， Y 和 Z 值都是正的，匹配光谱颜色时不需要一种负值的基色； 用 Y 值表示人眼对亮度 (luminance)的响应； λ λ 如同 RGB 模型， X， Y 和 Z 是相加基色因此，每一种颜色都可以表示成 X， Y 和Z 的混合 根据视觉的数学模型和颜色匹配实验结果，国际照明委员会制定了一个称为 “1931 CIE 标准观察者 ”的规范，实际上是用三条曲线表示的一套颜色匹配函数，因此许多文献中也称为“CIE 1931 标准匹配函数 ”在颜色匹配实验中，规定观察者的视野角度为 2 度，因此也称标准观察者的三基色刺激值 (tristimulus values)曲线 CIE 1931 标准匹配函数中的横坐标表示可见光谱的波长，纵坐标表示基色 X， Y 和 Z 的相对值。

三条曲线表示 X， Y 和 Z 三基色刺激值如何组合以产生可见光谱中的所有颜色例如，要匹配波长为 450 nm 的颜色 (蓝 /紫 )，需要 0.33 单位的 X 基色， 0.04 单位的 Y 基色和1.77 单位的 Z 基色 计算得到的数值 (X， Y， Z)可以用三维图表示图中只表示了从 400 nm (紫色 )到 700 nm (红色 )之间的三基色刺激值，而且所有数值都落在正 XYZ 象限的锥体内 可以看到： 所有的坐标轴都不在这个实心锥体内； λ λ 相应于没有光照的黑色位于坐标的原点； 曲线的边界代表纯光谱色的三基色刺激值，这个边界叫做光谱轨迹 (spectralλ locus)； 光谱轨迹上的波长是单一的，因此其数值表示可能达到的最大饱和度； λ λ 所有的可见光都在锥体上 4） CIE 1931 xyY CIE XYZ 的三基色刺激值 X， Y 和 Z 对定义颜色很有用，其缺点是使用比较复杂，而且不直观因此， 1931 年国际照明委员会为克服这个不足而定义了一个叫做 CIE xyY 的颜色空间 定义 CIE xyY 颜色空间的根据是，对于一种给定的颜色，如果增加它的明度，每一种基色的光通量也要按比例增加， 这样才能匹配这种颜色。

因此， 当颜色点离开原点 (X=0, Y=0, Z=0)时， X:Y:Z 的比值保持不变此外，由于色度值仅与波长 (色调 )和纯度有关，而与总的辐射能量无关，因此在计算颜色的色度时，把 X, Y 和 Z 值相对于总的辐射能量＝ (X+Y+Z)进行规格化，并只需考虑它们的相对比例，因此， x, y, z 称为三基色相对系数，于是配色方程可规格化为 x+y+z=1由于三个相对系数 x, y, z 之和恒为 1，这就相当于把 XYZ 颜色锥体投影到 X+Y+Z=1 的平面上 由于 z 可以从 x+y+z=1 导出，因此通常不考虑 z，而用另外两个系数 x 和 y 表示颜色，并绘制以 x 和 y 为坐标的二维图形 这就相当于把 X+Y+Z=1 平面投射到 (X, Y)平面， 也就是 Z=0的平面，这就是 CIE xyY 色度图 在 CIE xyY 系统中， 根据颜色坐标 (x, y)可确定 z， 但不能仅从 x 和 y 导出三种基色刺激值 X，Y 和 Z，还需要使用携带亮度信息的 Y，其值与 XYZ 中的 Y 刺激值一致因 5） CIE 1931 色度图 CIE xyY 色度图是从 XYZ 直接导出的一个颜色空间，它使用亮度 Y 参数和颜色坐标 x, y 来描述颜色。

xyY 中的 Y 值与 XYZ 中的 Y 刺激值一致，表示颜色的亮度或者光亮度，颜色坐标 x, y 用来在二维图上指定颜色，这种色度图叫做 CIE 1931 色度图 (CIE 1931 Chromaticity Diagram)例如一个点在色度图上的坐标是 x＝ 0.4832， y＝ 0.3045，那么它的颜色与红苹果的颜色相匹配 CIE 1931 色度图是用标称值表示的 CIE 色度图， x 表示红色分量， y 表示绿色分量 E 点代表白光，它的坐标为 (0.33， 0.33)；环绕在颜色空间边沿的颜色是光谱色，边界代表光谱色的最大饱和度，边界上的数字表示光谱色的波长，其轮廓包含所有的感知色调所有单色光都位于舌形曲线上，这条曲线就是单色轨迹，曲线旁标注的数字是单色 (或称光谱色 )光的波长值；自然界中各种实际颜色都位于这条闭合曲线内； RGB 系统中选用的物理三基色在色度图的舌形曲线上 CIE1931色彩空间 CIE1931色彩空间维基百科，自由的百科全书 跳转到: 导航 , 搜索 在 颜色 感知的研究中， 色彩空间 的第一个数学定义就是 CIE 1931 XYZ 色彩空间 (也叫做CIE 1931 色彩空间 )，由 国际照明委员会 (CIE)于 1931年 创立。

CIE XYZ 色彩空间是从 1920 年代后期 W. David Wright (Wright 1928) 和 John Guild(Guild 1931) 做的一系列实验中得出的他们 的实验结果并合并入了 CIE RGB 色彩空间的规定中，CIE XYZ 色彩空间就从它 得出本文关注这两 种色彩空间 目录[ 隐藏 ] 1 三色刺激值 2 CIE xy 色度图 3 CIE XYZ 色彩空间定义 3.1 实验结果 — CIE RGB 色彩空间 3.2 Grassmann 定律 • 3.3 从 Wright–Guild 数据构造 CIE XYZ 色彩空间 4 问题和解决 5 引用 6 参见 • 7 外部链接 [编辑 ] 三色刺激值人类 眼睛 有对于短( S)、中( M)和长( L)波长光的感受器(叫做 锥状细胞 )所以在原理上，三个参数描述了颜色感觉对每个颜色关联上三个数(或 三色刺激 值)的任何特定方法都叫做一个 色彩空间 ；CIE 1931 色彩空间是这种色彩空间之一但是 CIE XYZ 色彩空间是特殊的，因为它基于人类 颜色视觉 的直接测定，并充当定义很多其他色彩空间的基础。

在 CIE XYZ 色彩空间中，三色刺激值不是人类眼睛的 S、 M 和 L 刺激，。