CIE标准色度系统有哪些？CIE三刺激值和色品坐标怎么计算？

物体颜色的定量度量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CIE规定了一套标准色度系统，称为CIE标准色度系统。那么，CIE标准色度系统有哪些？CIE三刺激值和色品坐标怎么计算？本文为大家做了介绍，感兴趣的朋友可以了解一下！

CIE标准色度系统的类型：

1.CIE1931RGB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色度系统

由于CIE1931RGB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.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。

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。

CIE三刺激值和色品坐标计算方法：

物体色与照明条件和物体本身的特性有关，即与物体本身的光谱透射比τ（λ）（透射物体），物体本身的光谱辐亮度系数β（λ）（反射物体）有关，实际进入人眼的色刺激函数φ（λ）是照明体的相对光谱功率分布与物体本身特性参数的乘积，为：

其中P（λ）为光源的相对光谱功率分布。

色刺激的CIE三刺激值是通过色刺激函数φ（λ）乘以CIE色匹配函数，并将这些乘积在整个光谱范围内积分起来而得到的。在实际计算中用求和代替积分。

其中X，Y，Z，即为CIE-1931色度系统中的三刺激值。X10，Y10，Z10是CIE-1964补充色度系统中的三刺激值。x（λ），y（λ），z（λ），而x10（λ），y10（λ），z10（λ）分别是这两个色度系统的光谱三刺激值，其值可以查表得到。k和k10称为调整系数实际意义是把照明体或光源的Y值调整为100。得到三刺激值后，求得物体的色品坐标：

在颜色测量中根据三刺激值公式可知，我们的主要任务是测量色刺激函数φ（λ），对于反射物体根据上面色刺激函数公式，只要测得β（λ）即物体光谱辐亮度系数，即可求得待测样品的三刺激值和色品坐标。