什么是CIE标准色度系统?物体颜色的定量很复杂,受到很多因素的影响。因此,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。本文对CIE标准色度系统的类型做了简要的介绍,对色度学知识感兴趣的朋友不妨了解一下!
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,视觉心理以及照明条件,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。它是近代色度学的基本组成部分,是一种混合系统,是基于每一种颜色都能用三个选定的原色按适当比例混合而成的基本事实建立起来的。
1.CIE1931RGB标准色度系统
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)。
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。
2.CIE1931XYZ标准色度系统
由于CIE1931 RGB色度系统在计算过程中会出现负值,因此CIE采用假想的三刺激值X、Y和Z来建立一个新的色度系统,即CIE1931 XYZ标准色度系统。通过选择合适的三原色,使其光谱三刺激值x(x)、y(y)和z(z)均不为负数,并且Y与亮度值成正比。三刺激值X、Y、Z及其相应色品坐标x、y、z的计算方法分别如下式所示:
式中,φ(λ)是光源发出(光源色)或是光源经物体反射或透射后(物体色)进入人眼的光谱能量分布,称之为颜色刺激函数;x(λ)、y(λ)和z(λ)是CIE1931标准色度系统的光谱三刺激值,其数据可通过查表得到;k为相应的归化系数。应注意的是,当需要预测在不同照明体下的三刺激值时,应采用色貌模型进行计算。
CIE1931 XYZ标准色度系统主要体现人眼视觉系统中央凹锥体细胞的作用,因此适用于2°视场的中央视觉观察条件,也可用于1°~4°视场的颜色测量,但对极小视场的颜色观察不再有效。对于大于4°视场的颜色测量,应采用CIE1964 XYZ标准色度系统。
CIE1931 XYZ标准色度系统是在广泛的实验基础上评价的人眼响应,是国际上颜色测量和表征的统一标准,是几乎一切颜色计算和颜色测量仪器设计、制造的基本理论依据。
3.CIE1964XYZ标准色度系统
由于CIE1931 XYZ标准色度系统是在2°视场观察条件下颜色视觉匹配实验数据的基础上得到的,多年的应用实践表明CIE1931 XYZ标准色度系统适用于1°~4°视场。而当视场增大到4°以上时,由于在人眼视网膜上的成像面积超过了中央凹范围,杆体细胞也会参与作用,使颜色感受产生了一定的变化。日常生活中观察物体时的视场通常较大,因此需要建立新的标准色度系统,以满足大视场观察和测量的需要。
CIE在斯底尔斯(Stiles)和勃须(Burch)及斯派兰斯卡耶(Speranskaya)于10°视场条件下获得的两组实验数据的基础上,于1964年推荐了一组用于大视场观察的CIE1964标准色度观察者光谱三刺激值曲线,即CIE1964XYZ标准色度系统,其三刺激值X10、Y10、Z10和色品坐标x10、y10、z10的计算方程分别为:
式中,φ(λ)为相应的光谱能量分布,x10(λ)、y10(λ)和z10(λ)是CIE1964标准色度系统的光谱三刺激值,k10为归化系数。