顏色可以分為彩色和非彩色兩大類，對于彩色來說，顏色可以用明度、色調(diào)和飽和度三個(gè)要素來表述，特征參數(shù)的不同，表示著顏色間的差別，而顏色時(shí)間的差異可以用三刺激值、Y、Z來表示。本文對顏色三刺激值的計(jì)算方法及顏色三刺激值與光譜三刺激值的關(guān)系做了簡要的介紹，對顏色測量知識感興趣的朋友不妨了解一下！
顏色怎么理解？
1.顏色的定義
國標(biāo)GB/T5698-1985規(guī)定，顏色是光作用于人眼所引起的除本身形象以外的視覺特性。該定義表明，當(dāng)光作用于人眼時(shí)，人的大腦會對視覺系統(tǒng)做出相應(yīng)的判斷，在大腦的作用下，人的視覺也會被其所處的外界環(huán)境、自身年齡、閱歷以及視力情況等一系列因素所影響。
顏色是一種對光的視覺效應(yīng)，色光是通過對人眼視網(wǎng)膜上的神經(jīng)細(xì)胞作用產(chǎn)生，物體吸收或反射某種色光，因而表現(xiàn)某種顏色。也就是說，人們所看到的物體是不發(fā)光的，正是由于光源照射在物體上，物體表面對光有反射、折射等現(xiàn)象使得物體吸收或反射某種色光，色光對人眼視網(wǎng)膜上相關(guān)神經(jīng)細(xì)胞的作用使得該物體呈現(xiàn)某種顏色。光的選擇吸收這一特征是物體能表現(xiàn)出不同色彩的根本原因。
2.顏色的分類
顏色分為非彩色和彩色兩大類。非彩色指白色、黑色及白與黑之間深淺不同的灰色所構(gòu)成的顏色系列，彩色指白黑非彩色系列以外的所有顏色，如各種光譜色均為彩色。根據(jù)顏色形成機(jī)理的不同，顏色又分為光源色、物體色及熒光色。自發(fā)光形成的顏色，稱為光源色；自身不發(fā)光，憑借其他光源照明，通過反射或者透射而形成的顏色，稱為物體色；物體受光照射激發(fā)所產(chǎn)生的熒光與透射或反射光共同形成的顏色稱為熒光色。
3.顏色的表觀特征
顏色有三種表觀特征，即明度、色調(diào)和飽和度。明度表示顏色明亮的程度；色調(diào)是彩色彼此相互區(qū)分的特性，是決定彩色本質(zhì)的基本參量；飽和度表示顏色接近光譜色的程度即彩色的純潔性，每種顏色都可以看成是某種光譜色與白色混合的結(jié)果，光譜色所占比例越大，顏色的飽和度就越高。
彩色必須具備上面三個(gè)特征，特征參數(shù)的不同，表示著顏色間的差別。
非彩色只有明度值的差別，沒有色調(diào)區(qū)分，其色調(diào)和飽和度均為0。
顏色三刺激值計(jì)算方法：
國際照明委員會（CIE）于1931年推薦了CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者的顏色匹配函數(shù)，被視為色度學(xué)的基礎(chǔ)。顏色可以由三刺激值X、Y、Z 來表示，其值通過在可見光波長范圍內(nèi)由標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者的顏色匹配函數(shù)、照明體的光譜功率分布以及物體的光譜特性（透射比或反射比）計(jì)算出來：
式中，P（λ）為照明體的光譜功率分布，R（λ）為物體的光譜特性（光譜反射比或透射比），x（λ）、y（λ）、z（λ）是CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者的顏色匹配函數(shù)，適用于2°視場；k是歸化系數(shù)，其使完全漫反射體的Y值等于100，即：
然后，可以根據(jù)該顏色的三刺激值計(jì)算其相應(yīng)的色品坐標(biāo)：
由式色品坐標(biāo)計(jì)算得到的x和y值可在下圖所示的CIE-xy色品圖上確定該顏，色對應(yīng)的位置點(diǎn)，而下圖包含了可見光范圍內(nèi)所有可能出現(xiàn)的顏色。
CIE1931標(biāo)準(zhǔn)觀察者對應(yīng)于2°視場，因?yàn)樵谄毡橐饬x上認(rèn)為視網(wǎng)膜上具有顏色分辨能力的視錐細(xì)胞分布在視網(wǎng)膜中心具有2°視場的范圍內(nèi)，而多年的應(yīng)用實(shí)踐也表明CIE1931 XYZ標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)適用于1°~4°的觀察視場范圍；當(dāng)視場增大到4°以上時(shí)，視網(wǎng)膜上只具有光線強(qiáng)弱分辨能力的視桿細(xì)胞也參與到視覺感知中，x（λ）、y（λ）、z（λ）在波長380-460nm光譜區(qū)間內(nèi)的數(shù)值偏低，故而根據(jù)CIE1931標(biāo)準(zhǔn)觀察者計(jì)算出的三刺激值對于顏色的描述會出現(xiàn)偏差。為了適應(yīng)大視場顏色測量的需要，基于Stiles&Burch以及 Speranskaya的研究工作，CIE于1964年推薦了CIE1964標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者的顏色匹配函數(shù)，即x10（λ）、y10（λ）、z10（λ）：將上式中的x（λ）、y（λ）、z（λ）替換為x10（λ）、y10（λ）、z10（λ），便可得到10°視場條件下的三刺激值X10、Y10、Z10，由此建立了CIE1964補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)。
根據(jù)（ISO/CIE 10527）的規(guī)定，CIE標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者顏色匹配函數(shù)的波長分布范圍為360~830nm并以1nm為間隔。理想情況下，光源與物體光譜能量或者光譜反射比均為連續(xù)，不存在波長范圍和波長間隔的差異，但是在實(shí)際中分光光度計(jì)和光譜輻射度計(jì)的測量波長范圍及間隔可能不同，所以為了正確地計(jì)算三刺激值，通常需要對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)插和外插以滿足計(jì)算的需要。美國測試材料學(xué)會ASTM公布了一種引入內(nèi)插和外插外推的計(jì)算三刺激值的方法（ASTM E 308），計(jì)算三刺激值的公式為：
將測得物體光譜反射比與三刺激值的權(quán)重Wx、Wy，和Wz相乘，結(jié)果相加后得到對應(yīng)的三刺激值，符合CIE三刺激值的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)。在本實(shí)驗(yàn)中，計(jì)算所有顏色樣本的三刺激值均采用該方法。
顏色三刺激值與光譜三刺激值什么關(guān)系？
顏色三刺激值與光譜三刺激值兩者都是影響視覺顏色的因素，它們之間有著密切的聯(lián)系。顏色三刺激值（CIE三色系統(tǒng)）是顏色空間的一種抽象表示法，三色系統(tǒng)由紅色、綠色和藍(lán)色三種色度值經(jīng)過一定的數(shù)學(xué)運(yùn)算所得，它可以反映出一個(gè)具有獨(dú)特色彩的顏色。而光譜三刺激值（RGB）是由光譜反射率函數(shù)經(jīng)過一定的數(shù)學(xué)計(jì)算得到的，它可以把視覺顏色轉(zhuǎn)換成用來顯示在屏幕上的色彩。
這兩者都是描述顏色的有效方式，但它們之間有著一定的差異。CIE三色系統(tǒng)是根據(jù)人類的視覺特性，把一個(gè)顏色抽象成一種三維的抽象數(shù)值，而RGB光譜三色系統(tǒng)是根據(jù)計(jì)算機(jī)和高端顯示設(shè)備的技術(shù)特性，把一個(gè)顏色抽象成一種三維數(shù)值。CIE三色系統(tǒng)能夠模擬出更多的色彩和色調(diào)；而 RGB三色系統(tǒng)則更容易用在計(jì)算機(jī)顯示設(shè)備上，它可以更精準(zhǔn)地模擬屏幕上的顏色。
因此，當(dāng)我們想要非常準(zhǔn)確地表示一種特定顏色時(shí)，則需要使用CIE三色系統(tǒng)與RGB三色系統(tǒng)。例如，計(jì)算機(jī)顯示設(shè)備上的RGB顏色編碼代表的顏色，實(shí)際上是由CIE三色系統(tǒng)數(shù)值轉(zhuǎn)換而來的。因此，CIE三色系統(tǒng)和RGB三色系統(tǒng)之間的關(guān)系是：一種特定顏色可以通過CIE三色系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成RGB三色系統(tǒng)，而RGB三色系統(tǒng)也可以轉(zhuǎn)換成CIE三色系統(tǒng)。
由于顏色表示法的差異，在處理視覺顏色時(shí)，必須確定使用哪一種來表示特定顏色。在許多視覺過程中使用CIE三色系統(tǒng)，因?yàn)樗哂懈蟮幕叶群蜕忍匦?，可以更精確地表示出各種深淺不同的色彩。而在使用計(jì)算機(jī)顯示設(shè)備時(shí)，則需要使用RGB三色系統(tǒng)，因?yàn)樗梢园岩曈X顏色轉(zhuǎn)換成用來顯示在屏幕上的色彩。
總的來說，CIE三色系統(tǒng)和RGB三色系統(tǒng)都是視覺顏色的有效表示方式，它們之間有著相互協(xié)作的關(guān)系，而使用哪一種表示法取決于應(yīng)用場景。