CIE标准色度学系统是国际照明委员会（CIE）所规定的颜色测量理论，数据和计算方法的集合。根据颜色匹配试验，任意颜色都可以由R，G，B三种颜色根据不同的比例混合而成，CIE标准色度学系统的核心内容就是选取颜色匹配试验中三种基本颜色作为三刺激值，利用三刺激值及它的一些衍生参数来表示颜色。本文对三刺激值与光谱三刺激值及色品坐标与色品图的含义做了介绍。
在颜色匹配试验中，选取三种颜色，由它们按比例混合能产生任意颜色，我们就称这三种颜色为三原色，也可以称作参照色刺激。三原色可以任意指定，但是三原色中间的任一种颜色不能由剩余两种颜色混合得到。最常见的是红、绿、蓝三原色。
在色度学中，颜色感觉可以通过匹配该颜色需要三原色的量的定量表示。三刺激值就定义为与待测色达到匹配时所需的三原色的数量，当选用红、绿、蓝为三原色时，颜色方程中RGB就是响应的三刺激值。三刺激值RGB不是用物理量作为单位，而是选用色度学单位，其确定方法是：选中某特定白光（W）作为基准，用红（R）、绿（G）、蓝（B）三原色光混合来匹配白光（W），测得达到匹配时三原色的光通量R为lR流明：G为lG流明：B为lB流明。则将lR:lG:lB的比值定义为色度学单位。例如匹配ΦC流明的C光，需要ΦR流明红光，ΦG流明绿光以及ΦB流明的绿光。颜色方程可以表示为：
转换为色度学单位来表示颜色方程为：
上式中C=R+G+B；R=ΦR/lR；G=ΦG/lG；B=ΦB/lB。
如果我们限定进行颜色匹配时待匹配色光为某一确定波长的单色光Cλ，其光通量为一个确定值C，则光C的颜色方程可以写为：
对不同的波长，光通量相同的单色光进行类似的颜色匹配试验，得到的一系列三刺激值我们称之为光谱三刺激值，用r（λ）、g（λ）、b（λ）表示。光谱三刺激值又称为颜色匹配函数，是我们进行颜色色度计算的基础。
上面的颜色方程式给出对任意色光C由三原色RGB进行匹配时的颜色方程，将公式两端同时处以C，同时考虑C=R+G+B，有：[C]≡r[R]+g[G]+b[B]。
式中r=R/（R+G+B），g=G/（R+G+B），b=R/（R+G+B）且有r+g+b=1。这里r、g、b我们称其为色品坐标，以r为横坐标，g为纵坐标表示的平面图我们称为色品图。选取不同的三原色对应不同的三刺激值，可以有不同的色品坐标与色品图。
1.CIE1931-RGB系统
选取波长700nm的红光，546.1nm的绿光，435.8nm三种单色光作为三原色，然后以相等光通量的三原色光匹配出等能白光（又称E光源）来标定三刺激值单位。下图1是1931CIE-RGB系统的色品图，图中的马蹄形曲线是可见光范围内所有单色光的色品点的连线，一般称之为光谱轨迹，下图2为CIE1931-RGB系统的颜色匹配函数。
从图1及图2中可以看到色品坐标及颜色匹配函数中出现了一部分负值，负值出现的物理意义也可以用颜色匹配原理来解释。不是所有颜色都可由 R，G，B三原色匹配。当没有匹配的时候，将一定量的原色 R增加到测试颜色上，用余下两种原色混合与它匹配。此时的颜色方程可以写作：[C]+r[R]≡g[G]+ b[B]，也即[C]≡-r[R]+ g[G]+b[B]。
2.CIE1931-XYZ系统
由于CIE1931-RGB系统中的色品坐标及颜色匹配函数中出现了负数，即不利于计算，也不利于人们的理解，故CIE推荐了一个新的色度系统。CIE1931标准色度系统选用的三原色是三个假想的原色[X]、[Y]、[Z]，故XYZ系统下色坐标可以表述为：
新的三原色与RGB系统的关系为：
相应的XYZ系统的三刺激值X、Y、Z，与RGB系统的三刺激值R、G、B直接的变换关系为：
经过变换，消除了色品坐标及颜色匹配函数的负值，对应的CIE1931XYZ系统色品图如下图1所示，其颜色匹配函数如下2图。XYZ系统给色度学计算带来极大的方便，一般我们在实际应用中均以 CIE1931-XYZ 系统的规定作为标准。
3.CIE1964补充标准色度学系统
CIE1931标准主要规定了视场在小于4°是颜色测量和标定的标准，随着科技的进一步发展，为了满足大视场条件下颜色的测量与标定的需求，CIE与1964年公布了CIE1964补充色度学系统。作为CIE 1931标准色度学系统的补充，CIE1964规定了10°视场时使用的颜色匹配函数与色品图。其具体计算方法与CIE 1931-XYZ系统相同。
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