顏色基礎知識——CIE標準色度空間

    幾乎所有的顏色都可以用三原色按某個特定的比例混合而成。這三種單色光中的任何一種都不能由其余兩種混合產生。1931年，CIE（標準照明委員會）建立了一系列表示可見光譜的顏色空間標準，定義了CIE-RGB基色系統(tǒng)。規(guī)定了RGB系統(tǒng)的三原色光波長分別為700nm，546.1nm，435.8nm的紅光（R）、綠光（G）、藍光（B）。通過混色實驗可以得到圖1的一組曲線，它們表示在380nm-780nm范圍內當各個光譜能量一樣時，某一波長的光譜色與、、混色結果一樣，并稱這三條曲線為光譜三刺激值曲線。

 


圖1 CIE1931 RGB系統(tǒng)光譜三刺激值曲線

    但這一系統(tǒng)存在一個明顯的缺點，計算顏色三刺激值時會出現(xiàn)負值，給大量的計算帶來不便。由于任何一種基色系統(tǒng)都可以從一種系統(tǒng)轉換到另一種系統(tǒng)，因此人們可以選擇任何一種想要的基色系統(tǒng)，以避免出現(xiàn)負值，并且使用方便。基于此CIE又推薦了CIE-XYZ系統(tǒng)，這個系統(tǒng)采用想象的X，Y和Z三種基色，它們代表紅、綠、藍三種原色。圖2是基于2°視場的等能光譜的XYZ色度系統(tǒng)的三刺激值曲線、、。所以也稱為2°視場XYZ色度系統(tǒng)，將具有這樣的三刺激值曲線的假想的觀察者稱為CIE1931標準色度觀察者。


圖2 CIE1931 XYZ系統(tǒng)光譜三刺激值曲線

    任何一種顏色都可以表示為：，其中稱X、Y、Z為該顏色的三刺激值。根據CIE的規(guī)定，三刺激值可由下面的公式計算得到。

                                                                           （1）

    其中P(λ)是光源輻射的相對光譜功率分布，、、是CIE1931標準色度觀察者的光譜三刺激值，即圖2中的曲線值。k是歸一化系數(shù)，物理意義是將光源的Y值歸一化為100，其計算公式為：

                                                                                   （2）

    在獲得顏色的三刺激值后，可以按下式計算出該顏色在CIE1931色度系統(tǒng)中的色品坐標。

                                                                                            （3）

    由上式可知當顏色的x、y知道時，z值也隨之確定，所以為了在二維坐標中表達顏色，采用x、y來描述。計算可見光380nm-780nm的各個單色光的色坐標，用x、y作為直角坐標繪制出一個直角坐標圖，并將各個點連接起來形成一個光譜軌跡，稱為色品圖，如圖3所示。其中點x=0.333，y=0.333為等能白點。


圖3 CIE1931色品圖