CIE1931-CIEXYZ标准色度系统介绍

为了消除CIE 1931-RGB系统有光谱三刺激值出现负值情况的问题，1931年CIE对其RGB进行改造，建立了一个新的颜色描述系统，称为CIE 1931-XYZ标准色度系统。

在数学上将RGB系统的光谱三刺激值进行组合变换，形成三个新的变量，不妨称为新的光谱三刺激值，记为如果这样的变换使得匹配所有的视觉颜色，虽然有需要中某个为负值的情况，但变换为变量后，就不再出现负值了。因此，就避免了匹配某些高饱和光谱色时所需要的原色量，即光谱三刺激值为负值的情况。

符合特性的匹配，一定对应着三个新的原色，将这三个新原色分别记为（X）、（Y）、（Z）。

仅从数学上考虑，满足这一要求的变换关系具有一定的任意性。于是CIE组织做了一些规定，以作为约束条件。如规定（X）、（Z）两个原色只代表色度，没有亮度，而全部的亮度由（Y）原色体现；匹配出等能白光也需要等量的（X）、（Y）、（Z）三原色等。

这样，便找到了满足设计要求的由到的变换关系，有了新的三原色（X）、（Y）、（Z），以及匹配色光颜色所需要的（X）、（Y）、（Z）三原色数量X、Y、Z（同样称为三刺激值）和色品坐标x、y概念。

包含光谱色和非光谱色所有情况下，两个系统间的三刺激值之间关系如下：

所得到的光谱三刺激值曲线如图2-2所示，均不再有负值。

同样，可得到两个系统间色品坐标之间的变换关系为：

由此得到的光谱色品坐标（也称为光谱轨迹）如图2-3所示。该光谱轨迹所围的区域代表人眼所能看到的所有颜色。(www.xing528.com)

图2-2　CIE1931标准色度观察者光谱三刺激值曲线

图2-3　CIE1931-xy色品图

此外，还可得到三刺激值X、Y、Z的计算关系如下：

式中Sv（λ）为进入人眼色光的光谱能量分布，称为颜色刺激；为光谱三刺激值。

遗憾的是，这种变换得到的具有很好实用价值的三原色（X）、（Y）、（Z）实际上并不存在，因此成为了假想的三原色。尽管如此，它们仍能起到用色光混合表征颜色三属性的作用。

CIE 1931-XYZ系统在颜色科学和颜色复制技术中得到了广泛应用，成为实用的颜色定量描述系统，也为色彩管理技术所用。比如，对显示屏幕上的视觉颜色进行色彩控制时，就适合用CIEXYZ值描述。

上述两节的试验及结果都是针对小于4°的小视场（称为2°视场）。但是，当观察视场增大到4°以上时，其颜色匹配结果与小视场情况有所不同。因此，为了适应大视场颜色测量的需要，CIE在1964年规定了一组新的光谱三刺激值数据，记为下角标10表示“10°”，对应的三刺激值记为X10、Y10、Z10。这一系统称为“CIE 1964-XYZ标准色度系统”。

CIE 1931-XYZ和CIE 1964-XYZ标准色度系统构成了用三刺激值量化颜色的完整系统。在实际应用中，要根据颜色区域构成的视场视角大小合理选择。例如，对于单色小区域为主构成的图像的颜色控制，适于采用CIE 1931-XYZ系统，而对于涂料等大面积应用的颜色控制，则适于采用CIE 1964-XYZ系统。在色彩管理的应用领域，同样也要根据情况合理选择。