色彩学第4章 颜色的混色系统--CIE色度学系统表色法

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。

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）。

cie标准色度系统CIE标准色度系统。

CIE标准色度系统是国际上通用的一种色彩空间系统，由国际照明委员会（CIE）制定。

它是在1928年首次被提出，并在1931年得到正式的推广和应用。

CIE标准色度系统是对人眼视觉感知的颜色进行科学描述的一种标准方法，它是通过对人眼对颜色的感知进行实验和测量，建立了一种数学模型，用以描述颜色的三个特性，亮度、色调和饱和度。

在CIE标准色度系统中，亮度用Y表示，色调用x和y表示，饱和度则可以通过x和y的比值来表示。

这种描述方法可以很好地描述出人眼对颜色的感知，因此在实际应用中得到了广泛的应用。

CIE标准色度系统的建立，为色彩工程、色彩技术、色彩测量和色彩管理等各个领域提供了一个统一的标准，使得不同领域的色彩描述和色彩交流变得更加准确和方便。

在印刷、摄影、显示器、照明等领域，CIE标准色度系统都有着广泛的应用。

在印刷领域，CIE标准色度系统被用来描述印刷品的颜色，通过对颜色进行数学描述，可以更加准确地控制印刷品的颜色，使得不同的印刷机在印刷同一张图像时，可以得到相似的颜色效果。

在摄影领域，CIE标准色度系统被用来描述图像的颜色，通过对图像的颜色进行数学描述，可以更加准确地进行图像处理和编辑，使得图像的颜色更加真实和自然。

在显示器领域，CIE标准色度系统被用来描述显示器的颜色，通过对显示器的颜色进行数学描述，可以更加准确地控制显示器的颜色输出，使得显示器的颜色更加准确和饱满。

在照明领域，CIE标准色度系统被用来描述光源的颜色，通过对光源的颜色进行数学描述，可以更加准确地控制光源的颜色输出，使得照明效果更加自然和舒适。

总之，CIE标准色度系统是对人眼视觉感知的颜色进行科学描述的一种标准方法，它为色彩工程、色彩技术、色彩测量和色彩管理等各个领域提供了一个统一的标准，使得色彩描述和色彩交流变得更加准确和方便。

它的应用范围非常广泛，对于提高色彩的准确性和一致性起着重要的作用。

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。

CIE颜色标准CIE颜色标准的核心思想是以人类视觉系统为基础，通过建立数学模型来描述和量化色彩的感知和传递。

CIE颜色标准包括色度学系统、色度数据表示和色彩计算方法等方面的内容。

在色度学系统方面，CIE颜色标准引入了三个重要的参数：色度度量、色度坐标和白点参数。

色度度量用于描述色彩的属性，如色度饱和度和色调。

色度坐标用于表示色彩在色度空间中的位置，例如CIE1931XYZ和CIEL*a*b*空间。

而白点参数则描述了参考白色的性质，为色彩的计算提供了基准点。

在色彩计算方法方面，CIE颜色标准提供了一套严格的公式和算法，用于计算色彩的不同属性。

其中，CIEXYZ色度三刺激值和CIEL*a*b*色彩亮度和色差是最常用的计算方法之一、CIEXYZ色度三刺激值是通过将光照源的光谱功率分布与视网膜三刺激的光谱感受函数进行数学运算得到的。

而CIEL*a*b*色彩亮度和色差则是通过将CIEXYZ三刺激值转换为与人类视觉系统更加相关的亮度和颜色差异指标。

CIE颜色标准的应用十分广泛。

在工业工程中，CIE颜色标准可以用于色彩一致性的控制和管理，如显示技术、印刷和纺织等行业。

通过应用CIE颜色标准，可以确保在不同设备和环境下，色彩的表达和感知保持一致。

此外，CIE颜色标准还可以用于颜色匹配和校准，以便提高产品的质量和表现。

总之，CIE颜色标准为工业工程中的色彩管理提供了重要的依据。

通过建立色度学系统和提供严格的色彩计算方法，CIE颜色标准使得色彩的描述、量化和控制成为可能，并在各行各业中得到了广泛的应用。

在未来，随着科学技术的不断发展和进步，CIE颜色标准将继续演化和改进，为色彩的研究和应用提供更加准确和可靠的参考。