颜色和视觉(CIE色度图)

1、颜色和视觉CIE色度图由三色学说的原理我们知道，任何一种颜色可以通过红、绿、蓝三原色按照不同比例混合来得到。可是，给定一种颜色，采用怎样的三原色比例才可以复现出该色，以及这种比例是否唯一，是我们需要解决的问题，只有解决了这些问题，我们才能给出一个完整的用RG来定义颜色的方案。CIE（国际照明委员会）选取的标准红、绿、蓝三种光的波长分别为：红光，E=700nm;绿光,G，為=546饰;蓝光迢厶=4358饰。而光颜色的匹配可以用式子表示为：其中权值r、g、b为颜色匹配中所需要的R、G、B三色光的相对量，也就是三刺激的值。1931年，CIE给出了用等能标准三原色来匹配任意颜色的光谱三刺激值曲线（图4

2、.1.5），这样的一个系统被称为CIE-RGB系统。图4.1.5标准三原色匹配任意颜色的光谱三刺激值曲线在上面的曲线中我们发现，曲线的一部分三刺激值是负数，这表明我们不可能靠混合红、绿、蓝三种光来匹配对应的光，而只能在给定的光上叠加曲线中负值对应的原色，来匹配另两种原色的混合。对应于在式（4.1.1）中的权值会有负值，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，1931年的CIE-XYZ系统利用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刺激值都是正值。类似地，该系统的光颜色匹配函

3、数定义为如下的一个式子：尸疣V+zZ(41.2)在这个系统中，任何颜色都能由三个标准原色的混合（三刺激值是正的）来匹配。这样我们就解决了用怎样的三原色比例混合来复现给定的颜色光的问题，下面我们来介绍一下得到的上述比例是否唯一的问题。我们可以知道，用R、G、B三原色（实际上是CIE-XYZ标准原色）的单位向量可以定义一个三维颜色空间（图4.1.6），个颜色刺激(C)就可以表示为这个三维空间中一个以原点为起点的向量，我们把该三维向量空间称为(R、G、B)三刺激空间，该空间落在第一象限，该空间中的向量的方向由三刺激的值确定，因而向量的方向代表颜色。为了在二维空间中表示颜色，我们取一个截面，该截面通过

4、(R)、(G)、(B)三个坐标轴上离原点长度为1的点，可知截面的方程为(R)+(G)+(B)=1。该截面与三个坐标平面的交线构成一个等边三角形，它被称为色度图。每一个颜色刺激向量与该平面都有一个交点，因而色度图可以表示三刺激空间中的所有颜色值，同时交点的个数是唯一的，说明色度图上的每一个点代表不同的颜色，它的空间坐标表示为该颜色在标准原色下的三刺激值，该值是唯一的。对于三刺激空间中坐标为X、Y、Z的颜色刺激向量Q,它与色度图交点的坐标(x,y,z)即三刺激值也被称为色度值，有如下的表示：XYZ门仆工_bjy)(41,3)畫丰F+ZX+Y+2X+F+ZG七=1图4.1.6三刺激空间和色度图我们把可见光色度图投影到XY平面上，所得到的马蹄形区域称为CIE色度图（图4.1.7），马蹄形区域的边界和内部代表了所有可见光的色度值，（因为x+y+z=1，所以只要二维x、y的值就可确定色度值）色度图的边界弯曲部分代表了光谱在某种纯度为百分之百的色光。图中中央的一点C表示标准白光，CIE色度图有许多种用途，如计算任何颜色的主波长和纯度，定义颜色域来显示颜色混合效果等，色度图还可用于定义各种图形设备的颜色域，由于篇幅的原因，我们在这里不再详细介绍了。图4.1.7CIE色度图虽然色度图和三刺激值给出了描述颜色的标准精确方法，