色差儀是依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)定研發(fā)的一種光電儀器，其內(nèi)部配置了多個(gè)CIE規(guī)定的用于顏色測(cè)量和計(jì)算的色彩模型和表色系統(tǒng)，前者主要有CIELab顏色空間，后者主要有CIEXYZ標(biāo)準(zhǔn)色度學(xué)系統(tǒng)。本文對(duì)色差儀顏色空間及色度系統(tǒng)的類型做了介紹，對(duì)顏色測(cè)量知識(shí)感興趣的朋友不妨了解一下！
色差儀常用顏色空間介紹：
為了能夠準(zhǔn)確的利用色差表示各種顏色，國(guó)際照明委員制定了國(guó)際通用的顏色空間。目前色差儀常用的顏色空間主要有以下幾個(gè)：
1.CIE1964均勻顏色空間
國(guó)際照明委員會(huì)基于威澤斯基提出的利用CIE1960UCS圖的均勻顏色空間，于1964年推薦了CIE1964W*U*V*顏色空間。該系統(tǒng)采用三個(gè)參數(shù)即明度指數(shù)W*、色品指數(shù)U*和V*來(lái)表示顏色，并由此組合的三維坐標(biāo)形成了顏色的立體空間，它們的計(jì)算公式為：
式中u、v是顏色樣品的CIE1960色品坐標(biāo)，而un、vn是照明光源的色品坐標(biāo)。可見(jiàn)，明度指數(shù)W*與刺激值G有關(guān)，并且明度指數(shù)標(biāo)尺在知覺(jué)上是均勻的，即每一個(gè)單位量的差別代表相等的知覺(jué)差異，因而它更準(zhǔn)確地表達(dá)了顏色明度的變化：色品指數(shù)U*和V*的計(jì)算式是基于CIEUCS圖的u、v色品坐標(biāo)，同時(shí)義考慮了明度指數(shù)W*對(duì)色品坐標(biāo)的影響，故當(dāng)明度指數(shù)W*增大或減小時(shí)色品指數(shù)也隨之增大或減小。
2.CIE1976L*u*v*顏色空間
國(guó)際照明委員會(huì)改進(jìn)了原有的CIE1964W*U*V*顏色空間，提出采用如下的L*u*v*作為三維直角坐標(biāo)的顏色空間，稱為CIELUV顏色空間，它主要用于如電視工業(yè)等加混色的表示和評(píng)價(jià)。在該空間中，L*為明度u*、v*表示顏色的色品坐標(biāo)，其計(jì)算公式為：
3.CIE1976L*a*b*顏色空間
CIE在1976年還推薦了主要用于如表面色料表示和評(píng)價(jià)的CIE1976L*a*b*顏色空間。作為該空間三維直角坐標(biāo)的明度L*和色品坐標(biāo)a*、b*的計(jì)算公式為：
式中，X、Y、Z為顏色樣品的三刺激值，Xn、Yn、Zn為CIE標(biāo)準(zhǔn)照明體照射在完全漫反射體上，然后反射到觀察者眼中的三刺激值，其中Yn=100。
色差儀色度系統(tǒng)的類型：
1931年CIE推薦了根據(jù)加混色的定律在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上獲得的一組“CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者光譜三刺激值”數(shù)據(jù)，它適用于1°～4°視場(chǎng)的顏色測(cè)量。但在顏色的精密測(cè)量中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)視場(chǎng)大于4°時(shí)，應(yīng)用這些數(shù)據(jù)還不夠精確，1964年CIE采用了由Stiles、Burch和Speranskaya通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到的一組10°視場(chǎng)的數(shù)據(jù)，稱為“CIE1964補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者光譜三刺激值”，它適用于大于4°視場(chǎng)的顏色測(cè)量。這兩組數(shù)據(jù)是進(jìn)行顏色測(cè)量和計(jì)算的最基本參數(shù)。
1.CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)
為了解決由CIE1931RGB色度系統(tǒng)計(jì)算顏色的三刺激值時(shí)會(huì)出現(xiàn)負(fù)值的問(wèn)題，國(guó)際照明委員會(huì)（CIE）推薦了一組新的曲線，即CIE1931XYZ色度系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)可以由CIE1931RGB系統(tǒng)通過(guò)某種線性關(guān)系轉(zhuǎn)換而來(lái)，可以計(jì)算出CIE1931 XYZ色度系統(tǒng)中的光譜三刺激值x（λ）、y（λ）和z（λ），稱這三條曲線為“CIE1931 XYZ標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者光譜三刺激值”，如下圖所示。
它適用于2°視場(chǎng)的中央視覺(jué)觀察條件。同時(shí)，將新的色品坐標(biāo)x、y、z定義為：
這樣，就形成了CIE1931XYZ系統(tǒng)色品圖，如下圖所示。
2.CIE1964補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)
經(jīng)過(guò)實(shí)踐表明，CIE1931XYZ標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)適用于 1°～4°的觀察視場(chǎng)范圍。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)視場(chǎng)增大到4。以上時(shí)，x（λ）、y（λ）、z（λ）在波長(zhǎng)為380~460nm光譜區(qū)間內(nèi)的數(shù)值偏低。日常觀察物體時(shí)的視野經(jīng)常超過(guò)2°范圍，所以為了適應(yīng)大視場(chǎng)顏色測(cè)量的需要，CIE于1964年基于Stiles，Burch和Speranskaya在10°視場(chǎng)條件下獲得的兩項(xiàng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，推薦了一組“CIE1964補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者光譜三刺激值”，這一系統(tǒng)稱為CIE1964補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)或10°視場(chǎng)X10Y10Z10色度系統(tǒng)。其色品圖如下圖所示。
色差儀RGB色度系統(tǒng)怎么轉(zhuǎn)換XYZ色度系統(tǒng)？
由于三原色選擇不同，以及規(guī)定三刺激值單位的方法不同會(huì)出現(xiàn)許多不同的色度系統(tǒng)。由RGB系統(tǒng)到XYZ系統(tǒng)就遇到了系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換問(wèn)題。令（X）、（Y）、（Z）代表新系統(tǒng)的三原色，（R）、（G）、（B）代表舊系統(tǒng)的三原色。根據(jù)格拉斯曼定律可知，每單位新的原色可以由舊的三原色混合得到。從而可以得到舊系統(tǒng)的三刺激值與新系統(tǒng)的三刺激值之間的關(guān)系，用矩陣表示為：
或用逆矩陣表示為：
欲求得新舊色度坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系則可根據(jù)：
由上面兩個(gè)公式可得：
其逆變換即為r，g，b的表達(dá)式。
由上面的式子可知，要求得它們的關(guān)系，就必須確定b11，b12，.....，b33九個(gè)系數(shù)。通常情況是知道新系統(tǒng)三原色以及參照白光在舊系統(tǒng)內(nèi)的色度坐標(biāo)，rx，gx，bx；ry，gy，by；rz，gz，bz；r0，g0，b0。而新系統(tǒng)三原色和參照白光在新系統(tǒng)內(nèi)的色度坐標(biāo)為：
將四點(diǎn)的八個(gè)相應(yīng)坐標(biāo)代入 x、y、z 和 r，g，b 的表達(dá)式，又由于r+g+b=1，x+y+z=1，可得八個(gè)獨(dú)立的方程。九個(gè)系數(shù)中八個(gè)是獨(dú)立的，計(jì)算時(shí)可以指定九個(gè)系數(shù)中任意一個(gè)系數(shù)為某一常量，其余八個(gè)系數(shù)隨此常量大小同時(shí)擴(kuò)大或縮小相同倍數(shù)，不影響顏色的色調(diào)。計(jì)算出了b1，b2，……，b33九個(gè)系數(shù)，就可以完成從RGB系統(tǒng)到XYZ系統(tǒng)三刺激值的轉(zhuǎn)換與色度坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換。