為了對(duì)顏色進(jìn)行定量的表達(dá)，規(guī)范化顏色描述與計(jì)算的方法，CIE規(guī)定了用于顏色描述的標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)。那么，CIE色度系統(tǒng)有哪些？CIE色度系統(tǒng)顏色三刺激值怎么計(jì)算？本文對(duì)CIE色度系統(tǒng)的類型及CIE色度系統(tǒng)顏色三刺激值的計(jì)算方法進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，對(duì)色度學(xué)知識(shí)感興趣的朋友不妨了解一下！
CIE色度系統(tǒng)的基本概念：
色調(diào)（hue）：表示紅、黃、綠、藍(lán)、紫等顏色特性。顏色的三屬性之一。
明度（lightness）：物體表面相對(duì)明暗的特性。在同樣的照明條件下，以白板作為基準(zhǔn)，對(duì)物體表面的視知覺特性給予的分度。顏色的三屬性之一。
三刺激值（tristimulus values）：在三色系統(tǒng)中，與待測(cè)色刺激達(dá)到色匹配所需的三種參照色刺激的量。
光譜三刺激值（spectral tristimulus values）：在三色系統(tǒng)中，等能單色輻射的三刺激值。在CIE1931和CIE1964標(biāo)準(zhǔn)表色系統(tǒng)中分別用x（λ），y（λ），z（λ）和x10（λ），Y10（λ），Z10（λ）表示。
飽和度（saturation）：用以估計(jì)純彩色在整個(gè)視覺中的成分的視覺屬性。顏色的三屬性之一。
光譜功率分布（spectral power distribution）：光譜密度與波長(zhǎng)之間的函數(shù)關(guān)系。
色品坐標(biāo)（chromaticity coordinates）：各個(gè)三刺激值與它們之和的比。
色差（color difference）△E：以定量表示的色知覺差異。
CIE色度系統(tǒng)的類型：
1.CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)
用來描述顏色的色調(diào)、明度、飽和度等是主觀的，這使得顏色的比較顯得困難。1931年，國際照明委員會(huì)（簡(jiǎn)稱CIE）統(tǒng)一了多個(gè)顏色匹配實(shí)驗(yàn)，在對(duì)人的顏色知覺特性研究的基礎(chǔ)上制定了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)定義了一個(gè)用三刺激值來表示顏色的三維空間，即CIE1931RGB標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)，奠定了現(xiàn)代色度學(xué)的基礎(chǔ)。在此色品圖中，馬蹄形曲線是由所有光譜色在色品圖上的坐標(biāo)點(diǎn)連接起來的，稱為光譜軌跡，如下圖所示。
CIE1931-RGB標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)的計(jì)算中使用的光譜三刺激值會(huì)出現(xiàn)負(fù)值，這對(duì)于計(jì)算不方便，并且它的物理意義也比較難易理解。為了消除這一弊端，CIE推薦了CIE1931-XYZ系統(tǒng)，它使用三個(gè)在物理中并不存在的三原色[X]、[Y]、[Z]，代替RGB色度系統(tǒng)中的三原色[R]、[G]、[B]，并選擇匹配等能白光，確定三刺激值的單位。CIE1931-XYZ系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者光譜三刺激值稱為CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者顏色匹配函數(shù)，簡(jiǎn)稱為CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者，如下圖所示。
在CIE1931XYZ標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)中，光譜色色品坐標(biāo)的計(jì)算方法如下：
CIEx-y色品圖的光譜軌跡如下圖所示，光譜軌跡上的顏色飽和度最高。該馬蹄形曲線包圍的面積內(nèi)包含了一切在物理上能實(shí)現(xiàn)的顏色。
2.CIE1964標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)
CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者的數(shù)據(jù)代表了在2°市場(chǎng)內(nèi)的色覺平均特性，經(jīng)過實(shí)踐表明，人眼在觀察大于4°的視場(chǎng)時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)觀察者函數(shù)在波長(zhǎng)380nm-460nm范圍內(nèi)的數(shù)值偏低，為了校正該區(qū)間內(nèi)的數(shù)值，CIE規(guī)定了CIE1964補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者光譜三刺激值，簡(jiǎn)稱為CIE1964標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者函數(shù)，如下圖所示，對(duì)應(yīng)的色度系統(tǒng)也稱為CIE-X10Y10Z10標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)。由圖中可以看出，CIE1964標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者函數(shù)和CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者函數(shù)基本一致，當(dāng)人的觀察視場(chǎng)大于4°時(shí)，為了得到精確的結(jié)果，應(yīng)該使用前者進(jìn)行計(jì)算。
CIE色度系統(tǒng)顏色三刺激值計(jì)算方法：
三刺激值在計(jì)算之前，必須用光譜輻射計(jì)測(cè)量待測(cè)顏色的相對(duì)光譜功率分布。CIE1931-XYZ色度系統(tǒng)的顏色三刺激值計(jì)算公式如下：
其積分范圍為可見光波長(zhǎng)范圍內(nèi)。CIE1964-XYZ色度系統(tǒng)的顏色三刺激值計(jì)算方法相同，但必須把CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者替換為CIE1964標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者。在實(shí)際計(jì)算中，上式可以用求和近似代替積分。
其中，φ（λ）為顏色刺激函數(shù)，即進(jìn)入人眼產(chǎn)生顏色感覺的光能量，當(dāng)測(cè)量自發(fā)光體時(shí)，就是發(fā)光物體的相對(duì)光譜功率分布，當(dāng)測(cè)量透明物體或反射體時(shí)，就是透射后或反射后的相對(duì)光譜功率分布。
k是歸一化常數(shù)，對(duì)于自發(fā)光體一般是將光源的Y值調(diào)整為100，求常數(shù)k，這樣求得的三刺激值是色度單位。如果在CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)中，Y值要求用絕對(duì)光度量表示時(shí)，對(duì)自發(fā)光體的三刺激值計(jì)算，通常不是將Y歸一化為100，而是使歸一化常數(shù)k等于683lm/w，即用最大光譜光視效率Km代替k。三刺激值Y的單位可以是lx（勒克斯）或cd/m2（坎德拉/平方米），這時(shí)Y是用亮度單位表示。對(duì)于非自發(fā)光體是將所選標(biāo)準(zhǔn)照明體的Y值調(diào)整到100，也就是將完全漫反射體和理想透射體的Y值調(diào)整到100。
計(jì)算出待測(cè)顏色的三刺激值后就可以計(jì)算該顏色的色品坐標(biāo)，計(jì)算方法如下：
