二、CIE标准色度系统

CIE系统中，把三原色光对人眼的视觉刺激量称为颜色三刺激值，色彩给人的感觉就可以用色光的三刺激值大小来定量的表示。利用这一系统不仅能够用具体数量来表示颜色，而且还可以对颜色进行复杂的计算。

CIE是International Commission on Illumination的简称，中文名称是“国际照明委员会”，成立于1913年，是一个国际非赢利性组织，主要致力于关于光源的科学技术与艺术的国际间的信息交流与合作。它的任务是：为各成员国提供关于光源和照明的国际论坛；在光源和照明领域开发基本的标准和度量程序；为开发关于光源的国际国家标准及其应用提供帮助；发布标准、报告和其他出版物；与其他相关的国家组织保持联系和技术交流。

现代色度学采用CIE所规定的一套颜色测量原理、数据和计算方法，称为CIE标准色度学系统。CIE标准色度学系统以两组基本实验数据为基础（CIE规定必须在明视觉条件下使用）。

① CIE1931标准色度观察者：适用于1°～4°视场的颜色测量。

② CIE1964标准色度观察者：适用于＞4°视场的颜色测量。

1．CIE1931-RGB和CIE1931-XYZ表色系统

CIE1931-RGB是最早提出的表色系统，是用CIE规定的标准色光三原色R、G、B匹配等能光谱色所对应的三原色的数量来定义三刺激值，并以各原色在总刺激值中所占的比例作为色品坐标绘制出CIE rg色度轨迹图。但由于用来标定光谱色的三原色（RGB）出现负值，计算不方便，并且在物理意义上不易理解，因此，重新制定CIE1931-XYZ表色系统（具体可查阅色度学方面的书籍），其色度轨迹为一马蹄形，该色品度基本表明颜色视觉的基本规律和颜色混合的规律。如图1-36所示。

（1）CIE1931-XYZ色度计算方法

光源色或物体色三刺激值的标准方程：

式中X、Y、Z——物体的三刺微值；

k——调整因数；

Φ（λ）—— 颜色刺激函数，对于物体色Φ（λ）=S（λ）ρ（λ）或Φ（λ）=S（λ） τ（λ）；

S（λ）——光源能量分布；

ρ（λ）——代表物体光谱反射率；

τ（λ）——物体的光谱透光率。

对于光源色Φ（λ）=S（λ）。积分范围在可见光波段内，即380～780nm。

（2）色品坐标

计算出物体的三刺激值后，其色品坐标可按下式计算：

CIE1931-Yxy色品图中点的位置可以代表各种色彩的颜色特征，但它是不均匀的颜色空间，无法从色度坐标直接得到色差的值，所以，必须选择一个均匀的颜色空间，在此空间中，任意两点之间的距离代表两种颜色的色差。1976年，CIE推荐了两个均匀色空间，分别称为CIE 1976 L*u*v*色空间和CIE 1976 L*a*b*色空间。根据实际应用，在此只介绍CIE 1976 L*a*b*均匀颜色空间。

2．CIE 1976 L*a*b*均匀颜色空间

为了进一步改进和统一颜色评价的方法，1976年CIE推荐了新的颜色空间及其有关色差公式，即CIE 1976 L*a*b*色空间，该色空间目前已成为世界上各国正式采纳、作为国际通用的测色标准。它适用于一切光源色或物体色的表示与计算。

CIE 1976 L*a*b*色空间由CIE XYZ系统通过数学方法转换得到，转换公式为：

式中X、Y、Z——物体的三刺激值；

X0、Y0、Z0——CIE标准照明体的三刺激值；

L*——心理明度；

a*、b*——心理色度。

经转换后，CIE1931 Yxy色度空间的偏马蹄形光谱轨迹不复保持。转换后的空间用笛卡儿直角坐标系来表示，形成了对立色坐标表述的心理颜色空间，如图1-37所示。在这一坐标系统中，+a*表示红色，-a*表示绿色；+b*表示黄色，-b*表示蓝色；颜色的明度由L*的百分数来表示。

色差是指用数值的方法表示两种颜色给人色彩感觉上的差，CIE 1976 L*a*b*是均匀颜色空间，空间上相等的几何距离可作为色彩感觉差别量的度量。若两颜色均按L*、a*、b *标定，则两者之间的色差可用下列公式计算：

明度差：ΔL*=L1*-L2*

色度差：Δa*=a1*-a2*; Δb*=b1*-b2*

总色差：

在Lab色度系统中，两颜色A、B之间的色差其实就是两个色彩在空间中坐标点之间的直线距离。求色差也就是求两个坐标点之间的直线距离。如图1-38所示。

色差的单位为NBS，它是美国国家标准局（National Bureau of Standards）的缩写。1个NBS的色差相当于0.0015x～0.0025x或0.0015y～0.0025y的色度坐标变化。色差能够非常直观地表示出了两颜色在视觉上的差异。色差值越小，表示两色彩间的差异越小，反之则越大。表1-3反映了色差大小在视觉感受上的差异。可作为色差程度的鉴定标准。