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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。本文对CIE1931标准色度系统及其类型做了简要的介绍，对此感兴趣的朋友不妨了解一下！

CIE1931标准色度系统怎么理解？

用三刺激值来定量描述颜色是一种可行的方法，为了测得物体颜色的三刺激值，首先必须研究人眼的颜色视觉特性，测出光谱三刺激值。实验证明不同观察者的视觉特性多少是有差异的，但是具有正常颜色视觉的人此差异是不大的，故有可能根据一些观察者进行的颜色匹配实验，将他们的实验数据加以平均，确定一组匹配等能光谱色所需要的三原色数据，此数据称为“标准色度观察者光谱三刺激值”。以此来代表人眼的平均颜色视觉特性。当时，不少科学工作者进行了这类实验，但是由于选用的三原色不同及确定三刺激值单位的方法不一致，因而数据无法统一。1931年在美国剑桥举行的CIE第8次会议上，统一了上述实验结果，提出了最早的主要推荐书-CIE标准色度观察者和色品坐标系统，并规定了三种标准光源（A，B，C）；还对测量反射面的照明观测条件进行了标准化。建立起CIE1931标准色度系统，从而奠定了现代色度学的基础。

CIE1931标准色度系统的类型：

1.CIE1931-RGB系统

CIE1931-RGB系统是建立在莱特（W.D，Wright）和吉尔德（J.Guild）两项颜色匹配实验基础上的。莱特选择 650nm（红），530nm（绿），460nm（蓝）三单色光作为三原色，在2度圆形视场范围内，用这三种原色匹配等能光谱的各种颜色三刺激值单位是这样规定的：相等数量的绿和蓝原色匹配 494nm 的蓝绿色，相等数量的红和绿原色匹配582.5nm的黄色，得出它们的相对亮度单位为Lr：Lg：:Lb。由10名观察者在他设计的目视色度计L进行实验，测得一套光谱三刺激值数据。

吉尔德在他自己设计的目视测色仪由7名观察者做了类似的匹配实验。他选用的三原色波长为630nm（红），542nm（绿），460nm（蓝）。他的三刺激值单位是以三原色相加匹配NPL（英国国家物理实验室）白色光源的条件下，认为三原色的刺激值相等定出它们的相对亮度单位为Lr：Lg：Lb，观察视场也是2度，测得一套光谱三刺激值数据。CIE综合了上述两项实验结果，将他们两人所用的原色转换成700nm（R）、546.1nm（G）和435.8nm（B）。并以相等数量的三原色刺激值匹配出等能白光（称为E光源）来确定三刺激值单位。将他们两人的实验结果经坐标变换后绘制在新的色品图上，发现他们的结果很一致。故1931年CIE采用了他们两人的实验结果的平均值来定出匹配等能光谱色的RGB三刺激值，用r、g、b来表示。这一组函数叫做"CIE1931RGB系统标准色度观察者光谱三刺激值”。简称“CIE1931RGB系统标准色度观察者”。此组数据代表人眼2度视场的平均颜色视觉特性，这一系统叫做CIE1931 RGB色度系统。选700nm，546.1nm，435.8nm三单色光为三原色是因为700nm是可见光谱的红色末端，546.1nm和435.8nm是较为明显的汞谱线，三者都能比较精确地产生出来。经实验和计算确定，匹配等能白光的（R），（G），（B）三原色单位的亮度比率为1.0000：4.5907：0.0601；它们的辐亮度比率为72.0962：1.3791：1.0000。

下图是根据1931年CIE-RGB系统标准观察者三刺激值绘出的色品图。在此色品图中偏马蹄形曲线是所有光谱色色品点连接起来的轨迹，称为光谱轨迹。从图中可看到光谱轨迹的色品坐标有很大一部分出现负值。负值出现的物理意义可以从匹配实验过程中来理解它。当投射到半视场的某些光谱色，用另一半视场的三原色来匹配时，不管三原色如何调节都不能使两半视场颜色达到匹配，只有在光谱色的半视场内加入适量的三原色之一才能达到颜色匹配，加在光谱色半视场的原色就用负值来表示，这就出现负的色品坐标值。色品图的三角形三个角顶表示红（R）、绿（R）、蓝（B）三原色。在色品图上，负值的色品坐标落在原色三角形之外。在原色三角形以内的各色品点坐标为正值。CIE1931-RGB系统的r、g、b是从实验得出的，可以用于色度学计算，但计算中会出现负值，用起来不方便，又不易理解，所以1931年CIE 推荐了一个新的国际通用的色度系统，CIE1931-XYZ 系统。在 CIE1931RGB 系统的基础上改用三个假想的原色 X、Y、Z 建立一个新的色度系统。将它匹配等能光谱的三刺激值，定名为"CIE1931标准色度观察者光谱三刺激值”，简称为“CIE1931标准色度观察者”。这一系统叫做“CIE1931 标准色度系统”或“2 度视场 XYZ 色度系统”。

2.CIE1931-XYZ标准色度系统

CIE1931 标准色度系统是由 RGB 系统推导出来的。通过选择一组配色函数都为正值的原色，建立了 CIE1931-XYZ 色度学系统。原色的选择考虑到色品方程无亮度，标准E光源及各个等能光谱匹配等问题，选取了实际上不存在的假想原色，通过一组线性变换由rgb原色系统变换到XYZ原色系统，对应的变换公式为：

在 XYZ 色度学系统中，x、y、z 代表了匹配各波长等能光谱色的三个假设原色的三刺激值。由前所知，它的数据是从三个真原色（R），（G），（B）的实验数据转换而来的。XYZ系统给色度学的计算带来极大方便，它的特点是x、y、z的数值全部都为正值。基于CIE1931色度系统的三刺激值曲线如下图所示：

CIE1931标准色度观察者的数据适用于2度视场中央视觉观察条件，对极小面积的颜色的观察此数据不再有效，CIE1931色度系统的色品图（2度视角）如下图所示：

CIE1964补充色度系统：

对于大于4度视场的观察面积，另有10度视场的“CIE1964补充标准色度观察者”数据，因为在很多应用中，刺激的视角较大，Stiles、Burch和Speranskaya三位科学家在1959年对大视场的配色现象进行测量与统计，这一统计数据后来被CIE吸收采纳。很明显，10度观察者有更为严密度统计基础，因为它是建立在更多的观测者的基础上的，而且大视场的配色精度也更高。在今后的色度学计算中都以此两组数据作为观察者颜色视觉特性的代表，从而避免了由于单个观察者视觉上的差异造成的混乱。基于 CIE1964色度系统的三刺激值曲线如下图1所示，相应的色品图如下图所示：