CIE标准色度学系统怎么理解？CIE色度学色差值计算方法有哪些？

由于颜色的测量受多种因素的影响，为了使颜色的评价具有统一的标准，CIE就规定了多个用于颜色测量的标准色度学系统，其中常见的就有CIEXYZ和CIELab色度系统，在不同的色度系统下计算颜色差异值的方法是不同的。本文对CIE标准色度学系统的含义及CIE色度学计算方法进行了介绍，对此感兴趣的朋友不妨了解一下！

CIE标准色度学系统介绍：

由于物体颜色在不同照明条件下给人眼视觉感知不同，颜色测量结果也会不同，而且对于颜色描述没有统一的规定，于是为了方便颜色测量的相关计量与照明条件的标准化，CIE对相关内容进行了规定，该规定被称作CIE标准色度学系统。其核心思想是利用三刺激值，即三原色量的多少来表示来客观地定量表示某种颜色。由于对同一颜色而言，选用不同的三原色则该颜色会有不同的三刺激值，于是为了统一颜色的表示方法，令所有颜色使用同一套描述规则，CIE对三原色进行了相关规定。由于人眼视觉的主观原因，拥有正常颜色视觉的不同观察者根据自身视觉测得的光谱三刺激值也是有一定数据波动的。于是为了使颜色表示方法尽量满足大多数正常颜色视觉的人眼视觉感知，CIE另多名颜色视觉正常的观察者进行光谱三刺激值测量，将他们的光谱三刺激值测量结果取平均值来作为标准数据，该标准数据被称为标准色度观察者。

1931年CIE推荐了标准色度学系统，该系统包括1931CIE-RGB与1931CIE-XYZ两个标准色度学系统，两个系统的主要区别在于三原色的选择不同。1931CIE-RGB系统选用R、G、B为光谱色的三原色。本系统的光谱三刺激值，是将标准观察者进行颜色测量实验得到的数据取平均值而得到的，该光谱三刺激值定名为“1931CIE-RGB系统标准色度观察者光谱三刺激值”，光谱三刺激值分别用Fr（λ）、g（λ）、b（λ）表示。但由于在计算的过程中，此光谱三刺激值存在负值，对理解产生了困扰，并且也对计算造成了一定障碍，为了解决这个问题，CIE同时推荐了1931CIE-XYZ色度学系统。与1931CIE-RGB的不同点在于该系统选用X、Y、Z为三原色，其中，X、Y、Z均代表颜色的色度，但X和Z的亮度为零，仅代表颜色的色度，颜色的亮度由Y表示。用此三原色进行光谱匹配得到的三刺激值均为正值，便于理解和计算。该系统的光谱三刺激值被定名为“CIE1931标准色度观察者光谱三刺激值”。

1931CIE-RGB和1931CIE-XYZ这两个标准色度学系统还是存在一定局限性，因为该系统基本数据均是由2°视场实验数据换算而来，只适用于小视场环境下的颜色标定。但在实际应用中，混合色在视场低于10°时会有不均匀的现象，因此工业上配色一般都是在比2°视场更大的范围。于是为了满足大视场环境下的颜色测量的需求，CIE 又提出了一个CIE1964补充标准色度学系统。

由于人眼对物体颜色的感知是与自身主观因素与外界客观条件有关的，人眼颜色是由光刺激触发的，因此光照条件的不同对人眼颜色视觉感知有很大影响。在不同光照条件下，同一个观察者对同一样物体的颜色判断是不同的，颜色测量也是一样，若没有光源的规定，测量结果可能相差甚远。为了在不同颜色测量过程中有可对比的参考依据，需要事先统一进行颜色测量时的照明条件，因此CIE规定了标准照明体与标准光源。标准照明体是指CIE规定一系列标准光谱功率分布。CIE推荐的标准照明体中应用最广泛的是标准照明体A和D65，与标准照明体相对应，标准光源便是用来实现上述CIE标准照明体光谱功率分布的人工光源，即标准光源A、B、C分别用来实现标准照明体A、B、C对应产生的辐射。

对于所有颜色测量方式来说，颜色测量结果都是由光源照射到物体表面而产生的物体表面反射光相关的，而影响到物体表面反射光的因素包括光源、测量环境、被测目标自身结构特性，颜色测量设备的种类、精度也会影响到颜色测量结果，以上的因素都对颜色测量结果有着密切相关的联系。物体的颜色测量结果与颜色测量的几何条件，即光源、颜色测量设备和被测物的相对位置有关。不同的几何关系将导致物体表面接收到的光通量不同，进入颜色测量设备的反射光也会发生变化，从而使得测量结果有较大差异。为了使测量条件统一，有标准参考，CIE结合光度学和色度学理论，推荐了利于准确测量目标物体颜色的几种典型测量几何条件。CIE根据人眼对物体的主要观察方式进行总结，并以此为基础规定了一些测量的几何条件，包括反射测量与透射测量。其中CIE推荐的常用颜色测量几何条件有0°/d（垂直照明/漫反射接收）测量条件、d/0°（漫射照明/垂直接收）测量条件、45°/0°（45°照明/垂直接收）测量条件、0°/45°（垂直照明/45°接收）、测量条件等。这几种表示方法简单明了地描述了光源、颜色测量设备与被测样品之间的几何位置关系。

CIE色度学色差值计算方法：

CIE 色彩理论表明任何一种颜色都可以用三原色的量，即三刺激值来表示。CIE先后提出了前文介绍过的几种标准色度学系统来对颜色进行定量分析，并且规定了三刺激值和色品坐标应该如何计算。

颜色测量的最终目的是获取被测目标的颜色三刺激值XYZ，得到三刺激值后可以利用标准色度学系统的相关公式计算其他颜色信息。颜色三刺激值可以根据可见光的波长对标准色度观察者数据x（λ）、y（λ）、z（λ）积分得到，X、Y、Z计算公式如下：

其中，φ（λ）为颜色刺激函数，反射目标的颜色φ（λ）=ρ（λ）S（λ）。照明光源，φ（λ）等于S（λ）。K 的表示如下：

由于在实际中，仅凭人眼判断已经无法满足当下对印品质量的要求，需要有定量的方式来评价彩色复制品的质量，以及需要根据结果对彩色复制过程进行控制，因此通常需要通过计算复制品与原物之间的色差来判断复制品的色彩复制情况，再进行相关调整以达到控制颜色的目的，色差的计算需要在特殊的颜色空间中进行，该特殊颜色空间需要保证在该空间中颜色的数值变动与人眼视觉感知变化一致，即颜色数值变化对应同等的人眼颜色差别感知，而满足这个条件即被称为均匀颜色空间。目前常用的色差公式是基于 CIE1976L*a*b*均匀颜色空间的。

该均匀颜色空间是由CIE-XYZ标准色度学系统变换而来，它将CIE-XYZ标准色度学系统中的XYZ三刺激值转换成为与人眼感知一致的明度L*和色度a*、b*，其中L* 表示色彩的亮度信息，a*表示红绿色信息，b*表示黄蓝色信息，计算公式如下：

式中：X、Y、Z为CIE1931标准色度学系统中的三刺激值；X0、X0、Z0为标准光源发出的光辐射照射到完全漫反射面上，对该漫反射面进行颜色测量得到的三刺激值，X0=96.4221，Y0=100.0000，Z0=82.5221。

在CIE1976L*a*b*均匀颜色空间中，通过相关公式可以计算出两个样本之间存在的色彩差异，CIE1976L*a*b*色差公式如下：

由于CIE1976L*a*b*颜色空间的均匀性较差，其对应的色差公式也存在误差，为了进一步完善颜色空间的均匀性，让色差计算更加准确，CIE又制定了CIE1994色差公式。其依据为CIELAB颜色系统，对该系统中的相关参数进行了系数校正，得出新的色差公式。对任一对样本的色度（L1*，a1*，b1*）与（L2*，a2*，b2*），其CIE1994色差公式如下：

上述公式中的k值是动态变化的，一般根据工业色差评估的实际条件来取值，所推荐的值是根据大量的实践生产经验规定的，不同行业所选取的值的大小不同。为了进一步改善色差与视觉的一致性，CIE成立了相关技术委员会对工业色差评价系统进行了进一步的研究与制定。该技术委员会分析了现有色差评价系统的不足之处，并对其进行了改进，并提出了一个新的色差评价公式。该色彩评价公式称为CIEDE2000色差公式，与CIE1994色差公式相比精度更高，是到目前最完善的色差公式。CIEDE2000色差公式如下：