顏色和視覺(CIE色度圖)

1、顏色和視覺CIE色度圖由三色學(xué)說的原理我們知道，任何一種顏色可以通過紅、綠、藍(lán)三原色按照不同比例混合來得到。可是，給定一種顏色，采用怎樣的三原色比例才可以復(fù)現(xiàn)出該色，以及這種比例是否唯一，是我們需要解決的問題，只有解決了這些問題，我們才能給出一個(gè)完整的用RG來定義顏色的方案。CIE（國際照明委員會）選取的標(biāo)準(zhǔn)紅、綠、藍(lán)三種光的波長分別為：紅光，E=700nm;綠光,G，為=546飾;藍(lán)光迢厶=4358飾。而光顏色的匹配可以用式子表示為：其中權(quán)值r、g、b為顏色匹配中所需要的R、G、B三色光的相對量，也就是三刺激的值。1931年，CIE給出了用等能標(biāo)準(zhǔn)三原色來匹配任意顏色的光譜三刺激值曲線（圖4

2、.1.5），這樣的一個(gè)系統(tǒng)被稱為CIE-RGB系統(tǒng)。圖4.1.5標(biāo)準(zhǔn)三原色匹配任意顏色的光譜三刺激值曲線在上面的曲線中我們發(fā)現(xiàn)，曲線的一部分三刺激值是負(fù)數(shù)，這表明我們不可能靠混合紅、綠、藍(lán)三種光來匹配對應(yīng)的光，而只能在給定的光上疊加曲線中負(fù)值對應(yīng)的原色，來匹配另兩種原色的混合。對應(yīng)于在式（4.1.1）中的權(quán)值會有負(fù)值，由于實(shí)際上不存在負(fù)的光強(qiáng)，而且這種計(jì)算極不方便，不易理解，人們希望找出另外一組原色，用于代替CIE-RGB系統(tǒng)，因此，1931年的CIE-XYZ系統(tǒng)利用三種假想的標(biāo)準(zhǔn)原色X（紅）、Y（綠）、Z（藍(lán)），以便使我們能夠得到的顏色匹配函數(shù)的三刺激值都是正值。類似地，該系統(tǒng)的光顏色匹配函

3、數(shù)定義為如下的一個(gè)式子：尸疣V+zZ(41.2)在這個(gè)系統(tǒng)中，任何顏色都能由三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)原色的混合（三刺激值是正的）來匹配。這樣我們就解決了用怎樣的三原色比例混合來復(fù)現(xiàn)給定的顏色光的問題，下面我們來介紹一下得到的上述比例是否唯一的問題。我們可以知道，用R、G、B三原色（實(shí)際上是CIE-XYZ標(biāo)準(zhǔn)原色）的單位向量可以定義一個(gè)三維顏色空間（圖4.1.6），個(gè)顏色刺激(C)就可以表示為這個(gè)三維空間中一個(gè)以原點(diǎn)為起點(diǎn)的向量，我們把該三維向量空間稱為(R、G、B)三刺激空間，該空間落在第一象限，該空間中的向量的方向由三刺激的值確定，因而向量的方向代表顏色。為了在二維空間中表示顏色，我們?nèi)∫粋€(gè)截面，該截面通過

4、(R)、(G)、(B)三個(gè)坐標(biāo)軸上離原點(diǎn)長度為1的點(diǎn)，可知截面的方程為(R)+(G)+(B)=1。該截面與三個(gè)坐標(biāo)平面的交線構(gòu)成一個(gè)等邊三角形，它被稱為色度圖。每一個(gè)顏色刺激向量與該平面都有一個(gè)交點(diǎn)，因而色度圖可以表示三刺激空間中的所有顏色值，同時(shí)交點(diǎn)的個(gè)數(shù)是唯一的，說明色度圖上的每一個(gè)點(diǎn)代表不同的顏色，它的空間坐標(biāo)表示為該顏色在標(biāo)準(zhǔn)原色下的三刺激值，該值是唯一的。對于三刺激空間中坐標(biāo)為X、Y、Z的顏色刺激向量Q,它與色度圖交點(diǎn)的坐標(biāo)(x,y,z)即三刺激值也被稱為色度值，有如下的表示：XYZ門仆工_bjy)(41,3)畫豐F+ZX+Y+2X+F+ZG七=1圖4.1.6三刺激空間和色度圖我們把可見光色度圖投影到XY平面上，所得到的馬蹄形區(qū)域稱為CIE色度圖（圖4.1.7），馬蹄形區(qū)域的邊界和內(nèi)部代表了所有可見光的色度值，（因?yàn)閤+y+z=1，所以只要二維x、y的值就可確定色度值）色度圖的邊界彎曲部分代表了光譜在某種純度為百分之百的色光。圖中中央的一點(diǎn)C表示標(biāo)準(zhǔn)白光，CIE色度圖有許多種用途，如計(jì)算任何顏色的主波長和純度，定義顏色域來顯示顏色混合效果等，色度圖還可用于定義各種圖形設(shè)備的顏色域，由于篇幅的原因，我們在這里不再詳細(xì)介紹了。圖4.1.7CIE色度圖雖然色度圖和三刺激值給出了描述顏色的標(biāo)準(zhǔn)精確方法，