CIE1931標準色度系統與CIE XYZ色度系統

CIE1931標準色度系統
    用物理量值來表示顏色，以及采用儀器對顏色進行測量的方法，都是以人眼色覺的實驗規律為基礎的。CIE色度學系統就是以三色學說的色匹規律為基礎，經過適當的修正而建立的。而第一節我們已經講到加法混合中，講R，G，B光相加，與待測光C相同，稱為“顏色匹配”。即調配一種顏色，使其和另外一個給定的眼神在視覺上相等，或說相同。所謂三色原理，即任何一個顏色，都用線性無光的三個原色適當地相加混合與之匹配，亦即任何一個顏色刺激，都能用線性無光的三個參照刺激適當的代數和來重現。
一、CIE RGB色度系統
    采用紅（）、綠、藍線性無光的三個原色，以適當的量相混合與某一顏色C相匹配，可用下式表達：
                                    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。于是上式可變為
                   （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)
     根據以上三個公式不難看到三個色度坐標間存在著r+g+b=1的關系。此時某顏色C的色彩特性可以表示為C：    為了便于使用，CIE在1931年對上述色度坐標進行了適當的變換，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xyz代替rgb．此時三個色度坐標間仍滿足x+y+z=l的關系，得到了著名的CIEl931標準色度系統及相應的色度囤(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應于所有光譜中的單色光，最右下側是波長為700nm的紅光，最左下側是波長380nm的藍紫光，色度圖下側的直線邊界表示不同強度的紅光與藍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（也稱光譜三刺激值）的曲線。針對選定的三原色，通過對人眼的色匹配試驗，可以得到每個波長上光譜色品（度）坐標。
二、CIE XYZ色度系統
    在RGB色度系統中，光譜色的色品坐標和色匹配函數值出現了負值。因此，實用計算極不方便，也不易理解。為此，CIE推薦了XYZ系統。該系統選擇了虛擬的理論上的三個原色X，Y,Z ,它所依據的兩個主要原則是：
  （1）要使（X），（Y），（Z）所形成的三角形內包括整個光譜色軌跡，并且使所包含的虛色（非真實色）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來表示。
  （2）設定顏色的亮度用（y）的量Y來體現，使假定的另兩個原色（X）和（Z）的亮度為0，即（X）和（Z）兩個原色處在無亮（Y=0）線上.這樣在進行色度計算時會很方便。
    通過轉換處理，可求出在CIE RGB 色品圖中對應同一個波長光譜色在CIE XYZ色品圖中的色度點，將光譜色各色度點連接起來，即成為CIE XYZ色品圖上光譜軌跡。
    在CIE XYZ 色度系統中，用于匹配等能光譜刺激所需的(X)，(y),(Z)三原色的數量叫做“CIE 1931標準色度觀察者色匹配函數”（也曾稱“光譜三刺激值”），簡稱“CIE 1931標準色度觀察者”或2度視場色匹配函數。
三、CIE1931 色品（度） 

    任意一個顏色的色品都可用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，但380~420nm波長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的量產生。因此，其色品坐標為：X1=y1=Z1=0.3333.