CIE為了對(duì)顏色進(jìn)行統(tǒng)一的度量，規(guī)定了用于顏色測(cè)量的CIE標(biāo)準(zhǔn)色度學(xué)系統(tǒng)，CIE標(biāo)準(zhǔn)色度學(xué)系統(tǒng)是顏色測(cè)量過(guò)程中常用的工具和方法。在這一系統(tǒng)中，CIE對(duì)顏色測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)化條件和色彩空間進(jìn)行了相應(yīng)的規(guī)定。那么，CIE顏色測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)化條件有哪些？CIE顏色定量描述的色度空間有幾個(gè)？下文將為大家進(jìn)行介紹。
CIE顏色測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)化條件：
1.標(biāo)準(zhǔn)照明體及光源
在不同的光源照射下，同一物體會(huì)顯現(xiàn)出不同的顏色，這一因素使得不同顏色之間的比較變得困難。為了解決這一問(wèn)題，方便顏色量的比較和傳遞，CIE推薦了幾種標(biāo)準(zhǔn)照明體和光源。光源如太陽(yáng)、鹵鎢燈、LED等；照明體指具有特定光譜功率分布的物體，但并不一定存在一個(gè)具體的光源與之對(duì)應(yīng)。CIE推薦標(biāo)準(zhǔn)照明體的相對(duì)光譜功率分布如下圖所示，其中曲線SA、SB、Sc 分別代表了標(biāo)準(zhǔn)照明體A、B、C 的相對(duì)光譜功率分布，曲線D65則是標(biāo)準(zhǔn)照明體D系列的中的一種相對(duì)光譜功率分布。
如上圖所示，標(biāo)準(zhǔn)照明體D代表的是各種日光的相對(duì)光譜功率分布，有著比標(biāo)準(zhǔn)照明體A、B和C更加符合日光的色品坐標(biāo)。因此，一般優(yōu)先推薦使用標(biāo)準(zhǔn)照明體D，其中在色度學(xué)領(lǐng)域中應(yīng)用最多的標(biāo)準(zhǔn)照明體是D65。標(biāo)準(zhǔn)光源是符合標(biāo)準(zhǔn)照明體的光譜功率分布的人工光源，CIE推薦了標(biāo)準(zhǔn)光源A、B、C來(lái)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)照明體A、B、C的相對(duì)光譜功率分布。唯獨(dú)標(biāo)準(zhǔn)照明體D，CIE尚未給出與之對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)光源。因此標(biāo)準(zhǔn)照明體D的模擬是當(dāng)前光源研究的重要內(nèi)容之一。
2.照明與接收幾何條件
照明與接收幾何條件指的是光源、被測(cè)物體和觀察者之間在空間上的位置關(guān)系。顏色測(cè)量時(shí)，照明與幾何條件的變化也會(huì)造成測(cè)量結(jié)果的變化。因此，為了減少這些因素對(duì)光譜實(shí)測(cè)結(jié)果精確度的影響、提高測(cè)量精度，CIE對(duì)透射樣品的檢測(cè)推薦了以下3種測(cè)量模式，具體空間方位如下圖所示。
（1）垂直/垂直（0/0）
照明裝置和測(cè)量裝置安裝在樣品兩側(cè)，且在樣品法線方向上，安裝要求光軸與樣品法線的夾角不超過(guò) 5°。入射光束垂直透射被測(cè)樣品，測(cè)量裝置的探測(cè)器捕獲透射的光輻射，從而獲取透射樣品的色度信息和其部分透射比τr。
（2）垂直/漫射（0/d）
照明裝置同樣安裝在樣品表面法線方向上，安裝時(shí)同樣要求光軸與樣品法線的夾角不超過(guò)5°。入射光束垂直透射被測(cè)樣品，選擇尺寸合適且內(nèi)壁反射比均保持一致的積分球安置于透射樣品底部。測(cè)量裝置安裝在積分球的開口處，收集照明光束的透射光通量，從而獲取透射樣品的色度信息和透射比τ。如果將照明裝置和探測(cè)裝置的位置互換，則稱為垂直/漫射（0/d）方式。
（3）漫射/漫射（d/d）
樣品兩邊都安裝具有漫射功能的積分球，兩個(gè)積分球的開口處分別安裝照明裝置和測(cè)量裝置。通過(guò)安裝有測(cè)量裝置的積分球收集透射光輻射，測(cè)量裝置獲取透射樣品色度和其雙漫射透射比τd/d。
3.標(biāo)準(zhǔn)觀察者
CIE 規(guī)定在計(jì)算顏色量時(shí)，為了消除不同人對(duì)相同顏色的感覺差異，CIE定義了標(biāo)準(zhǔn)觀察者的概念。經(jīng)過(guò)對(duì)一定數(shù)量擁有正常視覺的人類進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，將其結(jié)果作為所有色度測(cè)量和顏色計(jì)算的依據(jù)。并將這些實(shí)驗(yàn)及其分析結(jié)果，稱作標(biāo)準(zhǔn)觀察者。實(shí)驗(yàn)中使用分屏，在左側(cè)投射一種特定色彩，右側(cè)投射光強(qiáng)可調(diào)節(jié)的紅綠藍(lán)三色，示意圖如下圖所示。觀察者們需要通過(guò)調(diào)節(jié)右側(cè)三色的光強(qiáng)并將其形成的顏色與左側(cè)的顏色進(jìn)行匹配，記錄下每種光源的變化及其輻射量，實(shí)現(xiàn)對(duì)人眼色覺能力的量化。
CIE顏色定量描述的色度空間：
基于上述的3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，CIE根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景，建立了許多的標(biāo)準(zhǔn)色度體系，也稱作顏色空間。常用的顏色空間有RGB、XYZ，并由此衍生出了Luv和Lab等。利用這些色度空間的色品坐標(biāo)可以定量的描述顏色。下面對(duì)幾個(gè)常用的顏色模型進(jìn)行介紹。
1.1931CIE顏色系統(tǒng)
1931CIE顏色系統(tǒng)包括1931CIE-RGB顏色系統(tǒng)和 1931CIE-XYZ顏色系統(tǒng)。
人類對(duì)自然中顏色的識(shí)別是通過(guò)人眼視網(wǎng)膜上的三種視錐細(xì)胞，而這三種視錐細(xì)胞最敏感的波長(zhǎng)范圍分別對(duì)應(yīng)紅、綠、藍(lán)3種顏色的波段。根據(jù)這種規(guī)律，提出三原色原理，即在理論上可見光內(nèi)的所有顏色都可以由紅色R、綠色G、藍(lán)色B這3種原色匹配產(chǎn)生，從而得到了1931CIE-RGB顏色系統(tǒng)。該系統(tǒng)首次使用數(shù)學(xué)方法，通過(guò)確定三原色的比例系數(shù)來(lái)確定顏色，CIE通過(guò)對(duì)317位正常視覺者進(jìn)行色匹配實(shí)驗(yàn)，得到如圖1的色匹配函數(shù)曲線。并得到1931CIE-RGB系統(tǒng)色度圖2，不難發(fā)現(xiàn)，曲線圖與色度圖中出現(xiàn)了負(fù)數(shù)，這是因?yàn)樵跇?biāo)準(zhǔn)觀察者實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)無(wú)法通過(guò)調(diào)節(jié)右側(cè)三色的光強(qiáng)來(lái)匹配左側(cè)顏色的情況，為了將實(shí)驗(yàn)者所觀察到的顏色與左側(cè)顏色相匹配，不得不將左側(cè)顏色進(jìn)行調(diào)整，負(fù)值即補(bǔ)償這部分調(diào)整。
針對(duì)RGB顏色系統(tǒng)中負(fù)值的出現(xiàn)對(duì)后續(xù)使用不便及計(jì)算困難的問(wèn)題，CIE對(duì)色匹配函數(shù)進(jìn)行了線性變換，將所有的分量都放在正數(shù)空間，從而得到了新的一組三原色XYZ。對(duì)應(yīng)的色匹配曲線如下圖1所示，并得到 1931CIE-XYZ系統(tǒng)色度圖，如圖2所示。1931CIE-XYZ顏色系統(tǒng)在計(jì)算使用上的方便，為日后量化視覺顏色、顏色測(cè)量及色差評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)打下了基礎(chǔ)。
2.1964CIE顏色系統(tǒng)
1931CIE顏色系統(tǒng)表征了人眼在視場(chǎng)為2°時(shí)的色覺平均特性，但是在日常觀察物體時(shí)常常會(huì)超過(guò)2°的范圍，研究表明，當(dāng)視場(chǎng)大于4°時(shí)，由于眼睛桿狀細(xì)胞的參與及視網(wǎng)膜中央窩黃色素的影響，顏色視覺會(huì)發(fā)生一定變化。因此CIE在1964年進(jìn)行10°視場(chǎng)的色匹配實(shí)驗(yàn)，補(bǔ)充規(guī)定了一組新的三刺激值作為標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)之前的實(shí)驗(yàn)結(jié)果作了桿狀細(xì)胞參與的修正，得到新的RGB顏色系統(tǒng)。
同樣的，為消除負(fù)值帶來(lái)的不便對(duì)RGB顏色系統(tǒng)進(jìn)行線性變換，得到1964CIE-XYZ顏色系統(tǒng)。對(duì)比于1931CIE-XYZ顏色系統(tǒng)，1931CIE-XYZ顏色系統(tǒng)在視網(wǎng)膜上中央窩以外的區(qū)域?qū)Χ滩ü庾V有更高的敏感性，提高了大視場(chǎng)下顏色匹配的精度和辨別色差的能力。
3.1976CIELab均勻顏色空間
1931CIE色度空間顏色分布不均勻，不容易對(duì)顏色之間的差異進(jìn)行判定，無(wú)法非常直觀的判斷兩種顏色之間差異的大小。因此為了進(jìn)一步改進(jìn)和統(tǒng)一顏色評(píng)價(jià)的方法，CIE 推薦了新的顏色空間及相關(guān)的色差公式，即 1976CIELab。1976CIELab屬于非自照明的顏色空間，與其它顏色空間相比，1976CIELab是與設(shè)備無(wú)關(guān)的顏色表示方法，在感知上是均勻一致的，能夠較好的反映物體色真實(shí)的心理感受效果。1976CIELab的出現(xiàn)統(tǒng)一了色差評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)已成為各顏色測(cè)量行業(yè)中檢測(cè)最終產(chǎn)品顏色差別一致性的定量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。
1976CIELab色空間由（L）、（a）、（b）3 個(gè)要素組成，L表示照度，相當(dāng)于亮度，值域范圍為0～100；a表示的顏色范圍是洋紅色至綠色，b表示的顏色范圍是黃色至藍(lán)知色，兩者值域都是+127至-128.1976CIE-Lab 空間可由1931CIEXYZ系統(tǒng)通過(guò)數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換得到，具體計(jì)算公式如下：
其中，在上面的公式中，X、Y、Z指的是物體的三刺激值，這三個(gè)屬性值是在海明對(duì)立坐標(biāo)理論的基礎(chǔ)上建立起來(lái)的。Xn、Yn、Zn表示的是CIE標(biāo)準(zhǔn)照明體先照射在完全反射漫反射體上，再經(jīng)其反射到人們眼中的白顏色物體的三刺激值。光源和觀察者的條件分別以D65和10°條件為佳。在不同的光源以及觀察者條件下，三刺激值是不同的。若采用D65標(biāo)準(zhǔn)照明體X0=94.811，Y0=100.00，Z0=107.304。
同時(shí)，1976CIELab還給出了色差計(jì)算公式，具體計(jì)算公式如下：
式中：△L為兩顏色間明度差，△a與△b為兩顏色之間的色度差。△E為總色差，△E越大，說(shuō)明兩種顏色之間的色差越明顯，在色空間上距離越遠(yuǎn)。