CIE1931RGB标准色度系统

使用三刺激值来定量描述颜色是一种可行的方法。为了测得物体的三刺激值，需要研究人眼对颜色的感知特性，但是不同人的视觉特性有所差异，因此采用多人的平均值来代表人眼的平均视觉感知特性。很多人做过实验，只是使用的三原色和确认三刺激值单位的方法不同导致数据无法统一。1931年CIE组织在莱特和吉尔德两人的颜色匹配实验基础上，改变了三原色的波长并以相等数量的三原色匹配出等能白光的方式来确定三刺激值单位。三个实验的差别如下表所示。

1.CIE1931RGB色度系统

2.CIE1931XYZ色度系统

CIE1931RGB会存在负值，用起来不方便也不易于理解，因此进行了数学转换，用假想的三个原色XYZ代替了RGB系统的三原色并选择匹配等能白光确定三刺激值的单位。

如何确定假想三原色XYZ？需要考虑的因素如下：

1. 要想消除负坐标值，必须使XYZ三原色包围所有的颜色范围；

2. 规定XZ两个原色只代表色度，没有亮度，全部亮度都由Y承担；

3. 光谱轨迹曲线从540nm附近到700nm在r-g色坐标图上近似一条135度的直线，直线上所有颜色都可以有这两个单色光混合而成；

4. YZ边与光谱轨迹上503nm的点的切线重合；

5. 以相等数量的三刺激值匹配等能白光来确定三刺激值单位；

3.1931 CIE颜色系统

我们对物体产生某种颜色感觉，一方面决定于外界物体对人眼的物理刺激的特性，另一方面又决定于人眼处理刺激的视觉特性。但是最终对颜色的标定必须符合人眼的视觉规律，因此，进行色度学计算的基本数据都是根据许多观察者的颜色视觉实验得出来的结果。

1931 CIE-RGB颜色系统

根据三原色原理，理论上光谱上的各种颜色都可以有红色R、绿色G、蓝色B三种原色匹配产生。从而得到1931 CIE-RGB颜色系统，用来表示一个颜色C的方程式就是：

C=r（R ）+g（G ）+b（B ）

（1）r、g、b

r、g、b表示每种原色的比例系数：r+g+b=1

正因为r+g+b=1，所以只要其中两个变量确定，第三个变量也随之确定，例如r、g确定，b=1- r- g

（2） （R）、（G）、（B）是三原色单位

国际照明委员会（CIE ）规定红R、绿G、蓝B三原色光的波长分别为700nm、546.1nm、435.8nm。

在颜色匹配实验中，当这三原色光的相对亮度比例为1.0000： 4.5907 ： 0.0601时就能匹等能白光，所以CIE选取这一比例作为红、绿、蓝三原色的单位量，即（R）、（G）、（B）= 1：1：1

尽管这时三原色光的亮度值并不相等，但CIE却把每一原色的亮度值作为一单位看待，所以色光加色法中红、绿、蓝三原色光等比例混合（r=g=b=0.333）结果为白光 。

（3）、1931 CIE-RGB系统光谱三刺激值

CIE以317位正常视觉者，用CIE规定的红、绿、蓝三原色光，对等能光谱色从380~780nm所进行的专门性颜色混合匹配实验得到的。

实验时，与光谱每一波长为λ的等能光谱色对应的红、绿、蓝三原色数量，称为光谱三刺激值 r(λ) 、g (λ) 、b (λ) 。光谱中不同波长的三刺激值如下图：

值得注意的是，光谱三刺激值跟人眼明视觉光谱光视效率函数相同，所以在色度学的计算中代表观察者的函数。以后会详细介绍运用。

（4）1931 CIE-RGB系统色度图

仅仅是光谱色，由此推广到所有的颜色，如下色度图：

横坐标为r，纵坐标为g （先不管下图红色的xy轴）

注意：为什么r 值会出现负值？？？

根据加法混色原理，亮度是累加的，如果需要亮度比较低，就可能需要减少一些光，也就是负值了。

但是实际上使用起来负值很不方便，也很难理解。所以CIE采用了一个新的系统CIE-XYZ系统。

1931 CIE-XYZ颜色系统

X、Y、Z是三原色，是为了避免CIE-RGB系统中的三刺激值和色度坐标值出现负值而虚构出来的三原色，实际上是不存在的。作为三原色的红色X、绿色Y、蓝色Z转化为观察者感知的颜色如下图：

同理任何一个颜色也可以表示为

（C）=x（X ）+y（Y ）+z（Z ）

其中：

小写x代表红色的比例

小写 y代表绿色的比例

小写 z代表蓝色的比例

x+y+z=1

下图就是著名的CIE1931色度图（CIE xy色度图）

光谱的红色波段在图的右下角，绿色波段在左上角，蓝色波段在左下角。形成一个马蹄形，马蹄形边上各点代表380nm（紫色）到780nm（红色）之间所有的纯色光。

而从紫色段端到红色端的连接直线是光谱上没有的紫红色（purple）。

所以根据CIE1931色度图（CIE xy色度图），对于给定的x和y值，我们都能知道它所指定的唯一的颜色。

举个例子

如下图，C点是光源的白光点坐标，不同的光源下的坐标是不一样的。（见附录）

如果要知道A点代表上面颜色，首先从白点C点画一条直线经过A点，并做延长线直到马蹄形边上的光谱轨迹形成的交点，即B点，B点所处的光谱就是A点颜色的就是主波长，即色相是黄绿色。而A点到白点C点的距离表示该颜色的饱和度，距离越远饱和度越高，颜色越纯。

同理可以分析图上所标的其余点代表的颜色。

总结

1931 CIE-RGB颜色系统由于存在负值，导致使用的不方便，从而引入1931 CIE-XYZ颜色系统，并广泛使用，是日后建立的量化视觉颜色，颜色测量及色差评定的基础。