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什么是CIE标准色度系统?色差仪CIE标准色度系统有哪些?

作者: 3NH 时间:2023-03-29
摘要:​色度学采用CIE所规定的一套颜色测量原理、数据和计算方法,称为CIE标准色度系统。CIE标准色度系统是用三刺激值来定量描述颜色量的,包括CIE1931标准色度系统和CIE1964补充标准色度系统两类。目前,我国使用的色差仪一般按照CIE1931标准色度系统和CIE1964补充标准色度系统进行设计。下文对色差仪的标准色度系统进行了介绍。...

色度学采用CIE所规定的一套颜色测量原理、数据和计算方法,称为CIE标准色度系统。CIE标准色度系统是用三刺激值来定量描述颜色量的,包括CIE1931标准色度系统和CIE1964补充标准色度系统两类。目前,我国使用的色差仪一般按照CIE1931标准色度系统和CIE1964补充标准色度系统进行设计。下文对色差仪的标准色度系统进行了介绍。

色差仪

什么是CIE标准色度系统?

现代色度学初步解决了对颜色作定量描述和测量的问题,但是物体颜色的定量度量受到许多因素的影响,如观察者的视觉生理条件、外界的照明条件和观察条件等,为了统一颜色的表示方法及度量条件,国际照明委员会CIE基于三原色原理规定了一系列的标准色度系统,称为CIE标准色度系统。1931年CIE建立“CIE1931标准色度系统”;1964年根据10°视野的实验数据,规定了一组“CIE1964补充标准色度观察者光谱三刺激值”,简称为“CIE1964补充标准色度系统”,为了解决颜色空间感知的一致性问题,CIE在1976年制定了“CIE1976L*a*b*颜色空间的规范”。


色差仪CIE标准色度系统类型:

1.CIE1931标准色度系统

CIE1931标准色度系统提出了CIE标准色度观察者和色品坐标系统,规定了三种标准光源(A、B、C)并对测量物体反射面的照明观察条件进行了标准化要求,包括“CIE1931RGB系统”和”CIE1931XYZ系统”两套色度系统。

(1)CIE1931RGB系统

1931年CIE推荐了三原色及其代表波长,分别是700nm的红光、546.1nm的绿光和435.8nm的蓝光,由这三原色光混合可产生等能白光,记为E光源,且等能白光的三刺激值相等。然后,在2°视场的观察条件下,采用目视仪器对各种光谱色进行颜色匹配,将所产生等能光谱色的三原色(R、G、B)分量,规定为CIE1931RGB系统标准色度观察者光谱三刺激值,记作r(λ),g(λ),b(λ)。

CIE1931RGB系统光谱三刺激值曲线图

实验得到的数据叫做CIE1931RGB系统标准色度观察者光谱三刺激值。上图所示为这组数据随波长变化的曲线。下图所示为CIE1931RGB系统色品图,由图可见,各光谱色的色度坐标连接形成一条类似马蹄形的曲线,这条曲线叫做光谱轨迹。

CIE1931RGB系统色品图

(2)CIE1931XYZ系统

由于CIE1931RGB系统的三刺激值,r(λ),g(λ),b(λ)会出现负值,给色度学计算带来不便,在此基础上,CIE改用数学方法,选用三个理想的原色X、Y、Z代替R、G、B,将CIE1931RGB系统的三刺激值r(λ),g(λ),b(λ)均变为正值记为x(λ),y(λ),z(λ),并定名为“CIE1931标准色度观察者光谱三刺激值”,又称为“CIE1931标准色度观察者”,即CIE1931XYZ系统。CIE1931标准色度观察者光谱三刺激值是无法通过颜色匹配实验直接得到的,而是通过RGB系统的光谱色品坐标值经过换算求得,X、Y、Z和等能白光E点在两空间的转换关系如下表所示。

RGB-与-XYZ-对应点坐标转换

根据其对应关系,就可以得到相应的CIE1931标准色度观察者光谱三刺激值,体现在曲线图上则如下图所示。

CIE1931XYZ-系统光谱三刺激值曲线

由RGB和转换关系求得的CIE1931XYZ系统的色品坐标x,y,其相应的轨迹如下图所示。图中E表示等能白光。

CIE1931XYZ系统的xy色品图

2.CIE1964补充标准色度系统

实验发现,CIE1931标准色度系统规定的小视场角观察条件下的观察者数据在观察视场角增大到4。~10°时,其三刺激值在380nm~460nm的波段区间的数值明显比大视场观察条件下的三刺激值要小。所以,为了弥补小视场条件的不足,1964年CIE又推荐了一组“CIE1964补充标准色度观察者光谱三刺激值”和相应的色品图,称为“CIE1964补充标准色度系统”,其标准观察视场角为10°,为了与1931年规定的XYZ标准色度系统区分,将10°视场下的光谱三刺激值记为X10、Y10、Z10。与CIE1931标准色度系统相比,二者的光谱三刺激值曲线差异如下图所示,y10(λ)在400nm~500nm高于y(λ),这说明人眼用于小视场观察颜色时识别颜色差异的能力较差。

光谱三刺激值曲线

二者的色品图差异如下图所示,虽然光谱轨迹形状很相似,但是相同波长的光谱色在各自光谱轨迹上的位置差异就很大。

色品坐标20

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