顏色基礎知識——CIE標準色度空間

    幾乎所有的顏色都可以用三原色按某個(gè)特定的比例混合而成。這三種單色光中的任何一種都不能由其余兩種混合產(chǎn)生。1931年，CIE（標準照明委員會(huì )）建立了一系列表示可見(jiàn)光譜的顏色空間標準，定義了CIE-RGB基色系統。規定了RGB系統的三原色光波長(cháng)分別為700nm，546.1nm，435.8nm的紅光（R）、綠光（G）、藍光（B）。通過(guò)混色實(shí)驗可以得到圖1的一組曲線(xiàn)，它們表示在380nm-780nm范圍內當各個(gè)光譜能量一樣時(shí)，某一波長(cháng)的光譜色與、、混色結果一樣，并稱(chēng)這三條曲線(xiàn)為光譜三刺激值曲線(xiàn)。

 


圖1 CIE1931 RGB系統光譜三刺激值曲線(xiàn)

    但這一系統存在一個(gè)明顯的缺點(diǎn)，計算顏色三刺激值時(shí)會(huì )出現負值，給大量的計算帶來(lái)不便。由于任何一種基色系統都可以從一種系統轉換到另一種系統，因此人們可以選擇任何一種想要的基色系統，以避免出現負值，并且使用方便?；诖薈IE又推薦了CIE-XYZ系統，這個(gè)系統采用想象的X，Y和Z三種基色，它們代表紅、綠、藍三種原色。圖2是基于2°視場(chǎng)的等能光譜的XYZ色度系統的三刺激值曲線(xiàn)、、。所以也稱(chēng)為2°視場(chǎng)XYZ色度系統，將具有這樣的三刺激值曲線(xiàn)的假想的觀(guān)察者稱(chēng)為CIE1931標準色度觀(guān)察者。


圖2 CIE1931 XYZ系統光譜三刺激值曲線(xiàn)

    任何一種顏色都可以表示為：，其中稱(chēng)X、Y、Z為該顏色的三刺激值。根據CIE的規定，三刺激值可由下面的公式計算得到。

                                                                           （1）

    其中P(λ)是光源輻射的相對光譜功率分布，、、是CIE1931標準色度觀(guān)察者的光譜三刺激值，即圖2中的曲線(xiàn)值。k是歸一化系數，物理意義是將光源的Y值歸一化為100，其計算公式為：

                                                                                   （2）

    在獲得顏色的三刺激值后，可以按下式計算出該顏色在CIE1931色度系統中的色品坐標。

                                                                                            （3）

    由上式可知當顏色的x、y知道時(shí)，z值也隨之確定，所以為了在二維坐標中表達顏色，采用x、y來(lái)描述。計算可見(jiàn)光380nm-780nm的各個(gè)單色光的色坐標，用x、y作為直角坐標繪制出一個(gè)直角坐標圖，并將各個(gè)點(diǎn)連接起來(lái)形成一個(gè)光譜軌跡，稱(chēng)為色品圖，如圖3所示。其中點(diǎn)x=0.333，y=0.333為等能白點(diǎn)。


圖3 CIE1931色品圖