什么是CIE标准色度系统？CIE1931RGB标准色度系统怎么理解？

物体颜色的定量度量是很复杂的，它涉及到观察者的视觉生理、视觉心理及照明条件、观察条件等许多问题，为了能够得到一致的度量效果，国际照明委员会（简称CIE）规定了一套标准色度系统，称为CIE标准色度系统。本文对CIE1931标准色度系统的类型做了介绍，对色度知识感兴趣的朋友可以了解一下！

什么是CIE标准色度系统？

现代色度学采用CIE（国际照明委员会）所规定的一套颜色测量原理、数据和方法，称为CIE标准色度学系统。这一色度学系统以两组基本视觉实验数据（CIE明视觉函数）为基础。一组数据叫做“CIE1931标准色度观察者”，适用1°-4°视场的颜色测量。另一组数据叫做“CIE1964补充标准色度观察者”，适用大于4°视场的颜色测量。

CIE标准色度学系统的发展历程为：1931CIE-RGB系统、1931CIE-XYZ系统、CIE1964补充色度学系统以及CIE1960均匀颜色空间、CIE 1964均匀颜色空间、CIE1976均匀颜色空间，色度学系统目前处于发展之中。1931CIE-XYZ系统是色度学实际应用工具，几乎关于颜色的一切测量、标准以及其他方面的延伸都以此为出发点，因而是颜色视觉研究的有力工具。CIE1976均匀颜色空间包括CIE1976（L*u*v*）空间和CIE1976（L*a*b*）。

CIE1931RGB标准色度系统介绍：

（1）颜色匹配实验

把两个颜色调整到视觉相同的方法叫颜色匹配，颜色匹配实验是利用色光加色来实现的。下图中左方是一块白色屏幕，上方为红R、绿G、蓝B三原色光，下方为待配色光C，三原色光照射白屏幕的上半部，待配色光照射白屏幕的下半部，白屏幕上下两部分用一黑挡屏隔开，由白屏幕反射出来的光通过小孔抵达右方观察者的眼内。人眼看到的视场如图右下方所示，视场范围在2°左右，被分成两部分。图右上方还有一束光，照射在小孔周围的背景白版上，使视场周围有一圈色光作为背景。在此实验装置上可以进行一系列的颜色匹配实验。待配色光可以通过调节上方三原色的强度来混合形成，当视场中的两部分色光相同时，视场中的分界线消失，两部分合为同一视场，此时认为待配色光的光色与三原色光的混合光色达到色匹配。不同的待配色光达到匹配时三原色光亮度不同，可用颜色方程表示：

C=R（R）+G（G）+B（B）

式中C表示待配色光；（R）、（G）、（B）代表产生混合色的红、绿、蓝三原色的单位量；R、G、B分别为匹配待配色所需要的红、绿、蓝三原色的数量，称为三刺激值；“=”表示视觉上相等，即颜色匹配。

（2）三原色的单位量

国际照明委员会（CIE）规定红、绿、蓝三原色的波长分别为700nm、546.1nm、435.8nm，在颜色匹配实验中，当这三原色光的相对亮度比例为1.0000：4.5907：0.0601时就能匹配出等能白光，所以CIE选取这一比例作为红、绿、蓝三原色的单位量，即（R）：（G）：（B）=1：1：1。尽管这时三原色的亮度值并不等，但CIE却把每一原色的亮度值作为一个单位看待，所以色光加色法中红、绿、蓝三原色光，等比例混合结果为白光，即（R）+（G）+（B）=（W）。

（3）CIE-RGB光谱三刺激值

CIE-RGB光谱三刺激值是317位正常视觉者，用CIE规定的红、绿、蓝三原色光，对等能光谱色从380nm到780nm所进行的专门性颜色混合匹配实验得到的。实验时，匹配光谱每一波长为的等能光谱色所对应的红、绿、蓝三原色数量，称为光谱三刺激值，记为r（λ）、g（λ）、b（λ），它是CIE在对等能光谱色进行匹配时用来表示红、绿、蓝三原色的专用符号。因此，匹配波长为入的等能光谱色C（λ）的颜色方程为：

C（λ）=r（λ）R+g（λ）（R）+b（λ）（B）

式中（R）、（G）、（B）为三原色的单位量，分别为1.0000、4.5907、0.0601；C（λ）在数值上表示等能光谱色的相对亮度，其中最大值为C（555）。且有C（555）=1，即：

C（555）=r（555）R+g（555）G+b（555）B=1.000

下图是光谱三刺激值曲线。

（4）负刺激值

从上图中可以看到，在很多情况下光谱三刺激值是负值（负刺激值），这是因为待配色为单色光，其饱和度很高，而三原色光混合后饱和度必然降低，无法和待配色实现匹配。为了实现颜色匹配，在实验中须将上方红、绿、蓝一侧的三原色光之一移到待配色一侧，并与之相加混合，从而使上下色光的饱和度相匹配。例如，将红原色移到待配色一侧，实现了颜色匹配，则颜色方程为：

C(λ)+r(λ)(R)=g(λ)(G)+b(λ)B

因此，待配色：C(λ)=-r(λ)(R)+g(λ)(G)+b(λ)B，所以r(λ)出现了负值。

（5）色度坐标

在颜色匹配实验中，为了表示R、G、B三原色各自在R+G+B总量中的相对比例，我们引入色度坐标r、g、b。

从上式可知r+g+b=1。

若待配色为等能光谱色，则上式可写为：

式中r（λ）、g（λ）、b（λ）为光谱色度坐标。

下图是光谱色度坐标图。在偏马蹄形的光谱轨迹中，很大一部分色度坐标r是负值。这一系统规定的等能白光（E光源，色温5500K），位于色度图的中心（0.33，0.33）。在CIErg色度图中色度坐标反映的是三原色各自在三刺激值总量中的相对比例，一组色度坐标表示了色相相同和饱和度相同而亮度不同的那些颜色的共同特征，因此CIErg色度图并不反映颜色亮度的变化，色度图的轮廓表达出了颜色的色域范围。

1931CIE-RGB系统的r（λ）、g（λ）、b（λ）光谱三刺激值是从实验得出来的，本来可以用于颜色测量和标定以及色度学计算，但是实验结果得到的用来标定光谱色的原色出现了负值，正负交替十分不便，不宜理解，因此，1931年CIE推荐了一个新的国际色度学系统——1931CIE-XYZ系统，又称为XYZ国际坐标制。