【色度学系列教程】三、CIE 色度系统

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三、CIE 色度系统

3.1 CIE 色度系统来源

• 简介: CIE 色度系统是国际照明委员会（Commission Internationale de l’Eclairage，简称 CIE）制定的一种颜色空间标准。它是现代色度学的基础，广泛应用于颜色测量、颜色管理、图像处理等领域。
• 来源: CIE 色度系统的来源可以追溯到 19 世纪末 20 世纪初。当时，科学家们已经发现，人眼的视觉系统可以分解光线为三种基本成分，即红色、绿色和蓝色。这三种成分被称为三原色。20 世纪初，英国科学家 W.D. Wright 和美国科学家 J. Guild 分别进行了颜色匹配实验。在这些实验中，他们使用不同比例的三原色光线来模拟各种颜色。通过这些实验，他们得到了三原色光线对人眼视觉系统的刺激值，即 三色刺激值。CIE 色度系统就是根据这些三色刺激值建立的。它将所有可见光的颜色映射到一个三维空间中，其中 X、Y、Z 三个坐标表示三色刺激值。

3.2 颜色匹配实验

• 简介: 颜色匹配实验是建立 CIE 色度系统的基础，它是一种用来测定颜色感知的实验方法。在颜色匹配实验中，被试者被要求使用不同比例的三原色光线来混合出特定的颜色，从而得出各种颜色在人眼中的视觉感知结果。
• 步骤: 颜色匹配实验通常使用如下步骤进行：
  1. 选择标准色：首先，选择一组具有代表性的颜色作为标准色。这些标准色通常是均匀分布的，能够代表人类视觉可感知的颜色范围。
  2. 投影待测试光：将待测试的光投影到一个特定区域的屏幕上，确保光线的稳定性和均匀性。
  3. 模拟标准色：使用红、绿、蓝（或其他选定的三原色）的光线来模拟标准色。被试者需要调整这三种色光线的比例，试图混合出与标准色尽可能接近的颜色。
  4. 匹配判断：在调整过程中，被试者需要判断模拟出来的颜色与标准色是否完全相同。这通常需要一定的训练和实践，以确保被试者有足够的敏感度和准确性。
  5. 记录三刺激值：当被试者认为模拟出来的颜色与标准色完全相同时，记录三种基本光的强度值。这些强度值被称为待测试光的三刺激值，它们代表了三种原色光线对人眼视觉系统的刺激程度。
  6. 数据分析：通过对多组颜色匹配实验的数据进行分析，可以揭示人眼对不同颜色的感知机制和规律。这些数据为建立 CIE 色度系统提供了基础。
  7. 三刺激值图像: 下图为 CIE 1931 XYZ 三刺激值图像（经过坐标变换得到的）提示：未完待续
     
• 总结: 通过颜色匹配实验，我们不仅可以了解人眼如何感知和解释颜色，还可以为各种颜色相关的应用（如显示技术、照明设计、色彩管理等）提供指导和参考。总体来说，颜色匹配实验是一种系统性和科学性的方法，用于探索和理解人类视觉系统中的颜色感知机制。它为颜色科学和相关领域的研究提供了宝贵的数据和洞见。

3.3 CIE 色度图来源

提示：未完待续

3.4. 色度坐标计算

• 简介: 色度坐标计算是色彩科学中的一个重要部分，它涉及到颜色的数学描述和计算。在CIE 1931色彩系统中，色度坐标通常指的是色品坐标x, y。这些坐标是基于物体对不同波长光的吸收和反射特性来定义的。
• 三刺激值与色度坐标的关系:
  1. 三刺激值：指的是在三个不同波长（通常为380-780nm）下，人眼对光的感知度。在CIE系统中，这三个波长分别对应于x、y、z三个刺激值。
  2. 色度坐标：通过三刺激值计算得到，用于描述颜色在色彩空间中的位置。x、y坐标是通过将对应三刺激值除以其总和（X+Y+Z）得到的。
  3. 色度坐标的计算方法
     $$x=\frac{X}{X+Y+Z},y=\frac{Y}{X+Y+Z}$$

提示：未完待续