使用三刺激值來(lái)定量描述顏色是一種可行的方法。為了測(cè)得物體的三刺激值，需要研究人眼對(duì)顏色的感知特性，但是不同人的視覺(jué)特性有所差異，因此采用多人的平均值來(lái)代表人眼的平均視覺(jué)感知特性。很多人做過(guò)實(shí)驗(yàn)，只是使用的三原色和確認(rèn)三刺激值單位的方法不同導(dǎo)致數(shù)據(jù)無(wú)法統(tǒng)一。1931年CIE組織在萊特和吉爾德兩人的顏色匹配實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，改變了三原色的波長(zhǎng)并以相等數(shù)量的三原色匹配出等能白光的方式來(lái)確定三刺激值單位。三個(gè)實(shí)驗(yàn)的差別如下表所示。

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1.CIE1931RGB色度系統(tǒng)

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2.CIE1931XYZ色度系統(tǒng)

CIE1931RGB會(huì)存在負(fù)值，用起來(lái)不方便也不易于理解，因此進(jìn)行了數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換，用假想的三個(gè)原色XYZ代替了RGB系統(tǒng)的三原色并選擇匹配等能白光確定三刺激值的單位。

如何確定假想三原色XYZ？需要考慮的因素如下：

1. 要想消除負(fù)坐標(biāo)值，必須使XYZ三原色包圍所有的顏色范圍；

2. 規(guī)定XZ兩個(gè)原色只代表色度，沒(méi)有亮度，全部亮度都由Y承擔(dān)；

3. 光譜軌跡曲線從540nm附近到700nm在r-g色坐標(biāo)圖上近似一條135度的直線，直線上所有顏色都可以有這兩個(gè)單色光混合而成；

4. YZ邊與光譜軌跡上503nm的點(diǎn)的切線重合；

5. 以相等數(shù)量的三刺激值匹配等能白光來(lái)確定三刺激值單位；

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3.1931 CIE顏色系統(tǒng)

我們對(duì)物體產(chǎn)生某種顏色感覺(jué)，一方面決定于外界物體對(duì)人眼的物理刺激的特性，另一方面又決定于人眼處理刺激的視覺(jué)特性。但是最終對(duì)顏色的標(biāo)定必須符合人眼的視覺(jué)規(guī)律，因此，進(jìn)行色度學(xué)計(jì)算的基本數(shù)據(jù)都是根據(jù)許多觀察者的顏色視覺(jué)實(shí)驗(yàn)得出來(lái)的結(jié)果。

1931 CIE-RGB顏色系統(tǒng)

根據(jù)三原色原理，理論上光譜上的各種顏色都可以有紅色R、綠色G、藍(lán)色B三種原色匹配產(chǎn)生。從而得到1931 CIE-RGB顏色系統(tǒng)，用來(lái)表示一個(gè)顏色C的方程式就是：

C=r（R ）+g（G ）+b（B ）

（1）r、g、b

r、g、b表示每種原色的比例系數(shù)：r+g+b=1

正因?yàn)閞+g+b=1，所以只要其中兩個(gè)變量確定，第三個(gè)變量也隨之確定，例如r、g確定，b=1- r- g

（2） （R）、（G）、（B）是三原色單位

國(guó)際照明委員會(huì)（CIE ）規(guī)定紅R、綠G、藍(lán)B三原色光的波長(zhǎng)分別為700nm、546.1nm、435.8nm。

在顏色匹配實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)這三原色光的相對(duì)亮度比例為1.0000： 4.5907 ： 0.0601時(shí)就能匹等能白光，所以CIE選取這一比例作為紅、綠、藍(lán)三原色的單位量，即（R）、（G）、（B）= 1：1：1

盡管這時(shí)三原色光的亮度值并不相等，但CIE卻把每一原色的亮度值作為一單位看待，所以色光加色法中紅、綠、藍(lán)三原色光等比例混合（r=g=b=0.333）結(jié)果為白光 。

（3）、1931 CIE-RGB系統(tǒng)光譜三刺激值

CIE以317位正常視覺(jué)者，用CIE規(guī)定的紅、綠、藍(lán)三原色光，對(duì)等能光譜色從380~780nm所進(jìn)行的專門性顏色混合匹配實(shí)驗(yàn)得到的。

實(shí)驗(yàn)時(shí)，與光譜每一波長(zhǎng)為λ的等能光譜色對(duì)應(yīng)的紅、綠、藍(lán)三原色數(shù)量，稱為光譜三刺激值 r(λ) 、g (λ) 、b (λ) 。光譜中不同波長(zhǎng)的三刺激值如下圖：

值得注意的是，光譜三刺激值跟人眼明視覺(jué)光譜光視效率函數(shù)相同，所以在色度學(xué)的計(jì)算中代表觀察者的函數(shù)。以后會(huì)詳細(xì)介紹運(yùn)用。

（4）1931 CIE-RGB系統(tǒng)色度圖

僅僅是光譜色，由此推廣到所有的顏色，如下色度圖：

橫坐標(biāo)為r，縱坐標(biāo)為g （先不管下圖紅色的xy軸）

注意：為什么r 值會(huì)出現(xiàn)負(fù)值？？？

根據(jù)加法混色原理，亮度是累加的，如果需要亮度比較低，就可能需要減少一些光，也就是負(fù)值了。

但是實(shí)際上使用起來(lái)負(fù)值很不方便，也很難理解。所以CIE采用了一個(gè)新的系統(tǒng)CIE-XYZ系統(tǒng)。

1931 CIE-XYZ顏色系統(tǒng)

X、Y、Z是三原色，是為了避免CIE-RGB系統(tǒng)中的三刺激值和色度坐標(biāo)值出現(xiàn)負(fù)值而虛構(gòu)出來(lái)的三原色，實(shí)際上是不存在的。作為三原色的紅色X、綠色Y、藍(lán)色Z轉(zhuǎn)化為觀察者感知的顏色如下圖：

同理任何一個(gè)顏色也可以表示為

（C）=x（X?）+y（Y?）+z（Z?）

其中：

小寫(xiě)x代表紅色的比例

小寫(xiě) y代表綠色的比例

小寫(xiě) z代表藍(lán)色的比例

x+y+z=1

下圖就是著名的CIE1931色度圖（CIE xy色度圖）

光譜的紅色波段在圖的右下角，綠色波段在左上角，藍(lán)色波段在左下角。形成一個(gè)馬蹄形，馬蹄形邊上各點(diǎn)代表380nm（紫色）到780nm（紅色）之間所有的純色光。

而從紫色段端到紅色端的連接直線是光譜上沒(méi)有的紫紅色（purple）。

所以根據(jù)CIE1931色度圖（CIE xy色度圖），對(duì)于給定的x和y值，我們都能知道它所指定的唯一的顏色。

舉個(gè)例子

如下圖，C點(diǎn)是光源的白光點(diǎn)坐標(biāo)，不同的光源下的坐標(biāo)是不一樣的。（見(jiàn)附錄）

如果要知道A點(diǎn)代表上面顏色，首先從白點(diǎn)C點(diǎn)畫(huà)一條直線經(jīng)過(guò)A點(diǎn)，并做延長(zhǎng)線直到馬蹄形邊上的光譜軌跡形成的交點(diǎn)，即B點(diǎn)，B點(diǎn)所處的光譜就是A點(diǎn)顏色的就是主波長(zhǎng)，即色相是黃綠色。而A點(diǎn)到白點(diǎn)C點(diǎn)的距離表示該顏色的飽和度，距離越遠(yuǎn)飽和度越高，顏色越純。

同理可以分析圖上所標(biāo)的其余點(diǎn)代表的顏色。

總結(jié)

1931 CIE-RGB顏色系統(tǒng)由于存在負(fù)值，導(dǎo)致使用的不方便，從而引入1931 CIE-XYZ顏色系統(tǒng)，并廣泛使用，是日后建立的量化視覺(jué)顏色，顏色測(cè)量及色差評(píng)定的基礎(chǔ)。