物體顏色的定量度量是很復雜的，它涉及到觀察者的視覺生理、視覺心理及照明條件、觀察條件等許多問題，為了能夠得到一致的度量效果，國際照明委員會（簡稱CIE）規定了一套標準色度系統，稱為CIE標準色度系統。本文對CIE1931標準色度系統及其類型做了簡要的介紹，對此感興趣的朋友不妨了解一下！

CIE1931標準色度系統怎么理解？

用三刺激值來定量描述顏色是一種可行的方法，為了測得物體顏色的三刺激值，首先必須研究人眼的顏色視覺特性，測出光譜三刺激值。實驗證明不同觀察者的視覺特性多少是有差異的，但是具有正常顏色視覺的人此差異是不大的，故有可能根據一些觀察者進行的顏色匹配實驗，將他們的實驗數據加以平均，確定一組匹配等能光譜色所需要的三原色數據，此數據稱為“標準色度觀察者光譜三刺激值”。以此來代表人眼的平均顏色視覺特性。當時，不少科學工作者進行了這類實驗，但是由于選用的三原色不同及確定三刺激值單位的方法不一致，因而數據無法統一。1931年在美國劍橋舉行的CIE第8次會議上，統一了上述實驗結果，提出了最早的主要推薦書-CIE標準色度觀察者和色品坐標系統，并規定了三種標準光源（A，B，C）；還對測量反射面的照明觀測條件進行了標準化。建立起CIE1931標準色度系統，從而奠定了現代色度學的基礎。

CIE1931標準色度系統的類型：

1.CIE1931-RGB系統

CIE1931-RGB系統是建立在萊特（W.D，Wright）和吉爾德（J.Guild）兩項顏色匹配實驗基礎上的。萊特選擇 650nm（紅），530nm（綠），460nm（藍）三單色光作為三原色，在2度圓形視場范圍內，用這三種原色匹配等能光譜的各種顏色三刺激值單位是這樣規定的：相等數量的綠和藍原色匹配 494nm 的藍綠色，相等數量的紅和綠原色匹配582.5nm的黃色，得出它們的相對亮度單位為Lr：Lg：:Lb。由10名觀察者在他設計的目視色度計L進行實驗，測得一套光譜三刺激值數據。

吉爾德在他自己設計的目視測色儀由7名觀察者做了類似的匹配實驗。他選用的三原色波長為630nm（紅），542nm（綠），460nm（藍）。他的三刺激值單位是以三原色相加匹配NPL（英國國家物理實驗室）白色光源的條件下，認為三原色的刺激值相等定出它們的相對亮度單位為Lr：Lg：Lb，觀察視場也是2度，測得一套光譜三刺激值數據。CIE綜合了上述兩項實驗結果，將他們兩人所用的原色轉換成700nm（R）、546.1nm（G）和435.8nm（B）。并以相等數量的三原色刺激值匹配出等能白光（稱為E光源）來確定三刺激值單位。將他們兩人的實驗結果經坐標變換后繪制在新的色品圖上，發現他們的結果很一致。故1931年CIE采用了他們兩人的實驗結果的平均值來定出匹配等能光譜色的RGB三刺激值，用r、g、b來表示。這一組函數叫做"CIE1931RGB系統標準色度觀察者光譜三刺激值”。簡稱“CIE1931RGB系統標準色度觀察者”。此組數據代表人眼2度視場的平均顏色視覺特性，這一系統叫做CIE1931 RGB色度系統。選700nm，546.1nm，435.8nm三單色光為三原色是因為700nm是可見光譜的紅色末端，546.1nm和435.8nm是較為明顯的汞譜線，三者都能比較精確地產生出來。經實驗和計算確定，匹配等能白光的（R），（G），（B）三原色單位的亮度比率為1.0000：4.5907：0.0601；它們的輻亮度比率為72.0962：1.3791：1.0000。

下圖是根據1931年CIE-RGB系統標準觀察者三刺激值繪出的色品圖。在此色品圖中偏馬蹄形曲線是所有光譜色色品點連接起來的軌跡，稱為光譜軌跡。從圖中可看到光譜軌跡的色品坐標有很大一部分出現負值。負值出現的物理意義可以從匹配實驗過程中來理解它。當投射到半視場的某些光譜色，用另一半視場的三原色來匹配時，不管三原色如何調節都不能使兩半視場顏色達到匹配，只有在光譜色的半視場內加入適量的三原色之一才能達到顏色匹配，加在光譜色半視場的原色就用負值來表示，這就出現負的色品坐標值。色品圖的三角形三個角頂表示紅（R）、綠（R）、藍（B）三原色。在色品圖上，負值的色品坐標落在原色三角形之外。在原色三角形以內的各色品點坐標為正值。CIE1931-RGB系統的r、g、b是從實驗得出的，可以用于色度學計算，但計算中會出現負值，用起來不方便，又不易理解，所以1931年CIE 推薦了一個新的國際通用的色度系統，CIE1931-XYZ 系統。在 CIE1931RGB 系統的基礎上改用三個假想的原色 X、Y、Z 建立一個新的色度系統。將它匹配等能光譜的三刺激值，定名為"CIE1931標準色度觀察者光譜三刺激值”，簡稱為“CIE1931標準色度觀察者”。這一系統叫做“CIE1931 標準色度系統”或“2 度視場 XYZ 色度系統”。

2.CIE1931-XYZ標準色度系統

CIE1931 標準色度系統是由 RGB 系統推導出來的。通過選擇一組配色函數都為正值的原色，建立了 CIE1931-XYZ 色度學系統。原色的選擇考慮到色品方程無亮度，標準E光源及各個等能光譜匹配等問題，選取了實際上不存在的假想原色，通過一組線性變換由rgb原色系統變換到XYZ原色系統，對應的變換公式為：

在 XYZ 色度學系統中，x、y、z 代表了匹配各波長等能光譜色的三個假設原色的三刺激值。由前所知，它的數據是從三個真原色（R），（G），（B）的實驗數據轉換而來的。XYZ系統給色度學的計算帶來極大方便，它的特點是x、y、z的數值全部都為正值。基于CIE1931色度系統的三刺激值曲線如下圖所示：

CIE1931標準色度觀察者的數據適用于2度視場中央視覺觀察條件，對極小面積的顏色的觀察此數據不再有效，CIE1931色度系統的色品圖（2度視角）如下圖所示：

CIE1964補充色度系統：

對于大于4度視場的觀察面積，另有10度視場的“CIE1964補充標準色度觀察者”數據，因為在很多應用中，刺激的視角較大，Stiles、Burch和Speranskaya三位科學家在1959年對大視場的配色現象進行測量與統計，這一統計數據后來被CIE吸收采納。很明顯，10度觀察者有更為嚴密度統計基礎，因為它是建立在更多的觀測者的基礎上的，而且大視場的配色精度也更高。在今后的色度學計算中都以此兩組數據作為觀察者顏色視覺特性的代表，從而避免了由于單個觀察者視覺上的差異造成的混亂。基于 CIE1964色度系統的三刺激值曲線如下圖1所示，相應的色品圖如下圖所示：