颜色基础知识

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1、颜色基础知识CIE1931色度坐标图篇一：CIE 1931色度图从小到大，我们对色彩都要接触到三基色、三原色的概念，由此可以看出， 色彩是一个三维函数，所以应该由三维空间表示。如图1就是传统色度学著作常 用来表示颜色的纺锤体，图2是按人对颜色分辨能力构造的三维彩色立体。由于 人类思维能力和表现能力的限制，三维的坐标系在实际应用中都暴露出了很大的 局限性。显示器的显示采用的是色光加色法，色光三原色是红、绿、蓝三种色光。国 际标准照明委员会（CIE） 1931年规定这三种色光的波长是：红色光（R）： 700nm绿色光（G）： 546.1nm蓝色光（B）： 435.8nm 自然界中各种原色都能由这三

2、种原色光按一定比例混合而成。在以上定义的基础上，人们定义这样的一组公式：r=R/ （R+G+B）g=G/（R+G+B）b=B/（R+G+B）由于r+g+b=1,所以只用给出r和g的值，就能惟一地确定一种颜色。这样 就可将光谱中的所有颜色表示在一个二维的平面内。由此便建立了 1931 CIE-RGB 表色系统但是，在上面的表示方法中，r和g值会出现负数。由于实际上不存在负的 光强，而且这种计算极不方便，不易理解，人们希望找出另外一组原色，用于代 替CIE-RGB系统，因此，在1931年CIE组织建立了三种假想的标准原色X （红） Y （绿）Z （蓝）以便使我们能够得到的颜色匹配函数的三值都是正值

3、，而X、 y、z的表达方式仍类似上面的那组公式。由此衍生出的便是1931 CIE-XYZ系统 （如图 4），这个系统是色度学的实际应用工具，几乎关于颜色的一切测量、标 准以及其他方面的延伸都以此为出发点，因而是颜色视觉研究的有力工具。是一些典型设备在1931CIE-XYZ系统中所能表现的色彩范围（色域）。其中， 三角形框是显示器的色彩范围，灰色的多边形是彩色打印机的表现范围。从色域图上可以看到，沿着x轴正方向红色越来越纯，绿色则沿y轴正方向 变得更纯，最纯的蓝色位于靠近坐标原点的位置。所以，当显示器显示纯红色时， 颜色值中的x值最大；类似地，显示绿色时y值最大；根据系统的定义，在显示 蓝色时则

4、是1-x-y的结果最大。值得一提的是，x、y值是小数，应该表示为 0.XXX的形式，但是，为了表达方便和节约空间，我们的文章中会省略掉“0.”， 而使X、y值看起来像一组三位数。CIE目录CIE （国际发光照明委员会）：原文为 Commission Internationale de LEclairage（法）或 International Commission on Illumination （英）。这个委员会创建的 目的是要建立一套界定和测量色彩的技术标准。可回溯到1930年，CIE标准一直沿用到数字视频时代，其中包括白光标准（D65）和阴极射线管（CRT） 内表面红、绿、蓝三种磷光理论上

5、的理想颜色。CIE的总部位于奥地利维也纳。颜色系统 术和颜色标准，但是到目前为止，似乎还没有一种人类感知颜色的理论被普 遍接受。RGB 模型采用物理三基色，其物理意义很清楚，但它是一种与设备相关的颜 色模型。每一种设备（包括人眼和现在使用的扫描仪、监视器和打印机等）使用 RGB模型时都有不太相同的定义，尽管各自都工作很圆满，而且很直观，但不能 相互通用。1）简介 为了从基色出发定义一种与设备无关的颜色模型，1931年9月国际照明委员 会在英国的剑桥市召开了具有历史意义的大会。CIE的颜色科学家们企图在RGB 模型基础上，用数学的方法从真实的基色推导出理论的三基色，创建一个新的颜 色系统，使颜料

6、、染料和印刷等工业能够明确指定产品的颜色。会议所取得的主要成果包含：定义了标准观察者(Standard Observer)标准：普通人眼对颜色的响应。该标 准采用想象的X,?Y和Z三种基色，用颜色匹配函数(color-matching function)表示。颜色匹配实验使用2的视野(field of view)；定义了？标准光源(Standard Illuminants):用于比较颜色的光源规范；定义了 CIE XYZ基色系统：与RGB相关的想象的基色系统，但更适用于颜色 的计算；?定义了 CIE xyY颜色空间：一个由XYZ导出的颜色空间，它把与颜色属性相 关的x和y从与？明度属性相关的亮

7、度Y中分离开；定义了 CIE色度图(CIE chromaticity diagram):容易看到颜色之间关系的 一种图。?其后，国际照明委员会的专家们对该系统做了许多改进，包括 1964 年根据 10视野的实验数据，添加了补充标准观察者(Supplemen tarySt andard Observer )的定义。1976 年国际照明委员会又召开了一次具有历史意义的会议，试图解决 1931 的CIE系统中所存在两个问题：1. 该规范使用明度和色度不容易解释物理刺激和颜色感知响应之间的关系；2. XYZ系统和在它的色度图上表示的两种颜色之间的距离与颜色观察者感知 的变化不一致，这个问题叫做感知均匀

8、性(perceptual uniformity)问题，也就 是颜色之间数字上的差别与视觉感知不一致。为了解决颜色空间的感知一致性问题，专家们对CIE 1931 XYZ系统进行了非 线性变换，制定了 CIE 1976 L*a*b*颜色空间的规范。事实上，1976年CIE规定 了两种颜色空间，一种是用于自照明的颜色空间，叫做CIELUV，另一种是用于 非自照明的颜色空间，叫做CIE 1976 L*a*b*，或者叫CIELAB。这两个颜色空间与颜色的感知更均匀，并且给了人们评估两种颜色近似程度 的一种方法，允许使用数字量AE表示两种颜色之差。CIE XYZ是国际照明委员会在1931年开发并在1964

9、修订的CIE颜色系统(CIE Color System)，该系统是其他颜色系统的基础。它使用相应于红、绿和蓝三种 颜色作为三种基色，而所有其他颜色都从这三种颜色中导出。通过相加混色或者 相减混色，任何色调都可以使用不同量的基色产生。虽然大多数人可能一辈子都 不直接使用这个系统，只有颜色科学家或者某些计算机程序中使用，但了解它对 开发新的颜色系统、编写或者使用与颜色相关的应用程序都是有用的。2) CIE 1931 RGB按照三基色原理，颜色实际上也是物理量，人们对物理量就可以进行计算和 度量。根据这个原理就产生了用红、绿和蓝单光谱基色匹配所有可见颜色的想法， 并且做了许多实验。1931 年国际照

10、明委员会综合了不同实验者的实验结果，得 到了 RGB颜色匹配函数(color matching functions)，其横坐标表示光谱波长， 纵坐标表示用以匹配光谱各色所需要三基色刺激值，这些值是以等能量白光为标 准的系数，是观察者实验结果的平均值。为了匹配在438.1 nm和546.1 nm之间 的光谱色，出现了负值，这就意味匹配这段里的光谱色时，混合颜色需要使用补 色才能匹配。虽然使用正值提供的色域还是比较宽的，但像用RGB相加混色原理 的CRT虽然可以显示大多数颜色，但不能显示所有的颜色。3) CIE 1931 XYZCIE 1931 RGB使用红、绿和蓝三基色系统匹配某些可见光谱颜色时

11、，需要使 用基色的负值，而且使用也不方便。由于任何一种基色系统都可以从一种系统转 换到另一种系统，因此人们可以选择想要的任何一种基色系统，以避免出现负值， 而且使用也方便。1931年国际照明委员会采用了一种新的颜色系统，叫做CIEXYZ 系统。这个系统采用想象的X，Y和Z三种基色，它们与可见颜色不相应。CIE 选择的X，Y和Z基色具有如下性质：所有的X, Y和Z值都是正的，匹配光谱颜色时不需要一种负值的基色；?用Y值表示人眼对亮度(luminance)的响应；？如同RGB模型，X，Y和Z是相加基色。因此，每一种颜色都可以表示成X，Y 和Z的混合。？根据视觉的数学模型和颜色匹配实验结果，国际照明

12、委员会制定了一个称为 “1931 CIE 标准观察者”的规范，实际上是用三条曲线表示的一套颜色匹配函 数，因此许多文献中也称为“ CIE 1931标准匹配函数”。在颜色匹配实验中， 规定观察者的视野角度为 2 度，因此也称标准观察者的三基色刺激值(tristimulus values)曲线。CIE 1931标准匹配函数中的横坐标表示可见光谱的波长，纵坐标表示基色X, Y和Z的相对值。三条曲线表示X, Y和Z三基色刺激值如何组合篇二：CIE 1931色度图CIE开放分类： 颜色、国际组织CIE （国 际发光照明委员会）：原文为Commission Internationale de LEclai

13、rage（法）或 International Commission on Illumination （英）。 这个委员会创建的目的是要建立一套界定和测量色彩的技术标准。可回溯 到1930年，CIE标准一直沿用到数字视频时代，其中包括白光标准（D65） 和阴极射线管（CRT）内表面红、绿、蓝三种磷光理论上的理想颜色。CIE的总部位于奥地利维也纳。CIE颜色系统颜色是一门很复杂的学科，它涉及到物理学、生物学、心理学 和材料学等多种学科。颜色是人的大脑对物体的一种主观感觉，用数学方法来描述这种 感觉是一件很困难的事。现在已经有很多有关颜色的理论、测量技术和颜色标准， 但是到目前为止，似乎还没有一种人

14、类感知颜色的理论被普遍接受。RGB 模型采用物理三基色，其物理意义很清楚，但它是一种与设备相关的颜 色模型。每一种设备（包括人眼和现在使用的扫描仪、监视器和打印机等）使用 RGB模型时都有不太相同的定义，尽管各自都工作很圆满，而且很直观，但不能 相互通用。1）简介 为了从基色出发定义一种与设备无关的颜色模型，1931年9月国际照明委员 会在英国的剑桥市召开了具有历史意义的大会。CIE的颜色科学家们企图在RGB 模型基础上，用数学的方法从真实的基色推导出理论的三基色，创建一个新的颜 色系统，使颜料、染料和印刷等工业能够明确指定产品的颜色。会议所取得的主 要成果包含：定义了标准观察者（Standa

15、rd Observer）标准：普通人眼对颜色的响应。该标 准采用想象的X,? Y和Z三种基色，用颜色匹配函数(color-matching function) 表示。颜色匹配实验使用2的视野(field of view)；定义了标准光源(Standard Illuminants)：用于比较颜色的光源规范；？定义了 CIE XYZ基色系统：与RGB相关的想象的基色系统，但更适用于颜色 的计算；？定义了 CIE xyY颜色空间：一个由XYZ导出的颜色空间，它把与颜色 属性相关的x和y从与？明度属性相关的亮度Y中分离开；定义了 CIE色度图(CIE chromaticity diagram):容易看

16、到颜色之间关系的 一种图。? 其后，国际照明委员会的专家们对该系统做了许多改进，包括 1964 年根据10视野的实验数据，添加了补充标准观察者(Supplementary Standard Observer)的定义。1976 年国际照明委员会又召开了一次具有历史意义的会议，试图解决 1931 的CIE系统中所存在两个问题：1. 该规范使用明度和色度不容易解释物理刺激和颜色感知响应之间的关 系；2. XYZ系统和在它的色度图上表示的两种颜色之间的距离与颜色观察者感 知的变化不一致，这个问题叫做感知均匀性(perceptual uniformity)问题，也 就是颜色之间数字上的差别与视觉感知不一致。为了解决颜色空间的感知一致性问题，专家们对CIE 1931 XYZ系统进行了非 线性变换，制定了 CIE 1976 L*