CIE色度图
CIE色度图
CIE色度图:CIE（国际发光照明委员会）：原文为Commission Internationale de L'Eclairage（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：λ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)；λ定义了标准光源(Standard Illuminants)：用于比较颜色的光源规范；定义了CIEλ 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CIEλ 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 chromaticityλ diagram)：容易看到颜色之间关系的一种图。
CIE色度图
CIE色度图∙CIE-RGB系统o标准三原色匹配任意颜色的光谱三刺激值曲线。
曲线中的一部分500μm附近的r三刺激值是负数，这当然不能否定将红、绿、蓝三色混合可以得到其他颜色，但它确实表明一些颜色不能够仅仅通过将三原色混合来得到而在普通的CRT上显示。
o图例：∙CIE-XYZ系统o由于实际上不存在负的光强，1931年CIE规定了3种假想的标准原色X(红)、Y(绿)、Z(蓝)构造了CIE-XYZ系统，以便使能够得到的颜色匹配函数的三刺激值都是正值：o C=xX+yY+zZo图例：▪三刺激空间和色度图o所有颜色向量组成了x>0、y>0和z>0的三维空间第一象限锥体o取一个截面 x+y+z＝1o该截面与三个坐标平面的交线构成一个等边三角形，每一个颜色向量与该平面都有一个交点，每一个点代表一个颜色，它的空间坐标(x,y,z)表示为该颜色在标准原色下的三刺激值，称为色度值o图例：▪▪∙CIE色度图o CIE色度图的翼形轮廓线代表所有可见光波长的轨迹，即可见光谱曲线。
o沿线的数字表示该位置的可见光的主波长。
o中央的C对应于近似太阳光的标准白光，C点接近于但不等于x=y=z=1/3的点。
o红色区域位于图的右下角，绿色区域在图的顶端，蓝色区域在图的左下角，连接光谱轨迹两端点的直线称为紫色线。
∙用途o得到光谱色的互补色，只要从该颜色点过C点作一条直线，求其与对侧光谱曲线的交点，即可得到补色的波长。
D的补色为E。
o确定所选颜色的主波长和纯度。
颜色A的主波长，从标准白光点C 过A作直线与光谱曲线相交于B（A与B在C的同侧），这样颜色A可以表示为纯色光B和白光C的混合，B就定义了颜色A的主波长。
oo定义一个颜色域。
通过调整混合比例，任意两种颜色：o I和J加在一起能够产生它们连线上的颜色o再加入第三种颜色K，就产生三者（I、J和K）构成的三角形区域的颜色。
应用限制o色度图的形状表明，没有一个3个顶点均在可见光翼形区的三角形可以完全覆盖该区域。
03第二章 CIE标准色度系统
2、色度图中颜色的标定
在色度图中标定颜色既可以用色度坐标，也可以用主波长 和彩度来表示。（以CIE1931色度图为例进行说明） 2.1色相的表示。
A、在色度图中，E点处是等能白光，表示理想的白光光源， 又名中性点，由三原色各三分之一混合产生，该点的色度 坐标为：x=0.3333，y=0.33333，z=0.3333。
在由光谱轨迹和紫红轨迹所形成的马蹄形区 域里，包含了一切物理上能实现的颜色， 凡落在其区域外的颜色是不能由真实色光 混合产生的颜色。
色度图
色度图中心为白点，光谱轨迹上的点代表不同波长的光谱 色，是饱和度最高的颜色，越接近色品图中心，颜色的饱 和度就越低，围绕色品图中心不同的角度，颜色的色调不 同。 使用数字描述颜色时，常采用Yxy表色方法，即采用色品 坐标xy表示颜色的色度特征，用亮度因数Y表示颜色的亮 度特征。这样颜色的外貌就能完全唯一地确定下来。如图 2-7所示。 CIE1931标准色度观察者的数据只适用于2 °（1 °～4 °） 视场。
三原色各自在R+G+B总量中的相对比例叫做色品坐标，
以色品坐标r、g表示的平面图称为色品图，如图2-2示。
第二节 CIE标准色度系统
CIE标准色度系统。 什么是CIE色度系统?
色度系统又名表色系统，它是指使用特定 的符号，按一系列规定和定义表示颜色的系统。 CIE标准色度系统是国际照明委员会所推荐使 用的，它是国际通用的表色、测色标准，也是 我国国家标准局1983年正式推行的颜色表示方 法的基础。
第二章 CIE标准色度系统
表示颜色的方法有很多，如：分光光度曲线、色谱表 色法、CIE标准色度系统、孟塞尔颜色系统、中国 颜色体系等等。
颜色空间之CIE、CMYK、HSI色度模型
颜色空间之CIE、CMYK、HSI色度模型分类： 图像处理国际照明委员会（CIE，Commission Internationale de L'Eclairage / International）的色度模型是最早使用的模型之一。
它是三维模型，其中，x和y两维定义颜色，第3维定义亮度。
CIE在1976年规定了两种颜色空间。
一种是用于自照明的颜色空间，叫做CIE LUV，如下图：CIE 1976年 LUV色度图另 一种用于非自照明的颜色空间，叫做CIE 1976 L*a*b，或者叫做CIE LAB。
CIE LAB 系统使用的坐标叫做对色坐标(opponent color coordinate)，如下图所示。
CIE LAB使用b*，a*和L*坐标轴定义CIE颜色空间。
其中，L*值代表光亮度，其值从0（黑色）到100（白色）。
b*和a*代表色度坐标，其中a*代 表红-绿轴，b*代表黄-蓝轴，它们的值从0到10。
a*=b*=0表示无色，因此L*就代表从黑到白的比例系数。
使用对色坐标（opponet color coordinate）的想法来自这样的概念：颜色不能同时是红和绿，或者同时是黄和蓝，但颜色可以被认为是红和黄、红和蓝、绿和黄以及绿和蓝的组合。
CIE LAB颜色空间CIE xyY色度图是从XYZ直接导出的一个颜色空间，它使用亮度Y 参数和颜色坐标x, y来描述颜色。
xyY中的Y值与XYZ中的Y刺激值一致，表示颜色的亮度或者光亮度，颜色坐标x, y用来在二维图上指定颜色，这种色度图叫做CIE 1931色度图(CIE 1931 Chromaticity Diagram)，如下图(a)所示，图(b)为轮廓图。
例如图(a)的A点在色度图上的坐标是x＝0.4832，y＝0.3045，那么它的颜色与红苹 果的颜色相匹配。
CIE 1931色度图是用标称值表示的CIE色度图，x表示红色分量，y表示绿色分量。
CIE色度图
CIE色度图∙CIE-RGB系统o标准三原色匹配任意颜色的光谱三刺激值曲线。
曲线中的一部分500μm附近的r三刺激值是负数，这当然不能否定将红、绿、蓝三色混合可以得到其他颜色，但它确实表明一些颜色不能够仅仅通过将三原色混合来得到而在普通的CRT上显示。
o图例：∙CIE-XYZ系统o由于实际上不存在负的光强，1931年CIE规定了3种假想的标准原色X(红)、Y(绿)、Z(蓝)构造了CIE-XYZ系统，以便使能够得到的颜色匹配函数的三刺激值都是正值：o C=xX+yY+zZo图例：▪三刺激空间和色度图o所有颜色向量组成了x>0、y>0和z>0的三维空间第一象限锥体o取一个截面 x+y+z＝1o该截面与三个坐标平面的交线构成一个等边三角形，每一个颜色向量与该平面都有一个交点，每一个点代表一个颜色，它的空间坐标(x,y,z)表示为该颜色在标准原色下的三刺激值，称为色度值o图例：▪▪∙CIE色度图o CIE色度图的翼形轮廓线代表所有可见光波长的轨迹，即可见光谱曲线。
o沿线的数字表示该位置的可见光的主波长。
o中央的C对应于近似太阳光的标准白光，C点接近于但不等于x=y=z=1/3的点。
o红色区域位于图的右下角，绿色区域在图的顶端，蓝色区域在图的左下角，连接光谱轨迹两端点的直线称为紫色线。
∙用途o得到光谱色的互补色，只要从该颜色点过C点作一条直线，求其与对侧光谱曲线的交点，即可得到补色的波长。
D的补色为E。
o确定所选颜色的主波长和纯度。
颜色A的主波长，从标准白光点C 过A作直线与光谱曲线相交于B（A与B在C的同侧），这样颜色A可以表示为纯色光B和白光C的混合，B就定义了颜色A的主波长。
oo定义一个颜色域。
通过调整混合比例，任意两种颜色：o I和J加在一起能够产生它们连线上的颜色o再加入第三种颜色K，就产生三者（I、J和K）构成的三角形区域的颜色。
应用限制o色度图的形状表明，没有一个3个顶点均在可见光翼形区的三角形可以完全覆盖该区域。
PHILIPS照明培训资料 14CIE色度图 普朗克轨迹 17显色性 33色温
如何测量显色性？
使用CIE色度坐标系统测试色样
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各种光源的显色指数Ra，
低压钠灯SOX
高压钠灯SON
SON Comfort 高压汞灯HPL HPI
TL-D, TL5 PL-T, PL-C PL-L, PL-S QL
CDM MHD TL-D TL5
SDW-T CDM
Tungsten
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
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显色性 • 显色向量 Color Rendering Vectors CRV系统
CRV 图形显示光谱中的所有顏色，选择圆内215個色样点，做为测试光源显色能力的依 据。此215 各色样在全光谱的标准光源下与在测试光源下各別顏色的偏差程度皆以向量 表示，可各別分析其色差方向与大小：起始点为真实色，终点为光源下所显现的顏色， 两点间距离长度代表此色的色差大小;箭头朝向指色差的方向，朝圆周时饱和度增加， 朝圓心则饱合度降低。
2000 K à 黄昏的阳光（偏红的光）
35
10 000 K 冷白光
人 造
5600 K
金卤灯(MHN-SA 956)
光 源
4200 K 陶瓷金卤灯(CDM 942)
3000 K 陶瓷金卤灯(CDM830)
2500 K 2000 K
高压白光钠灯White Son 高压钠灯Son
1000 K 暖光
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色温和颜色表现（一）
相对光谱功率 ®
UV 可见光线
IR
UV
IR
7000 K
6000 K
5000 K
CIE_1931_色度图
CIE 1931 色度图 (2维标准观测)目的这个工程的目的就是证明如何显示一个1931 CIE（Commission International de l'Eclairage 国际照明协会）的色度图，同样还包括1960和1976介绍中对其的改革。
额外地，这个图可以使用1931的2维标准观测来显示，也可以用1964年的10维标准观测来显示，我们还试着解释它们之间的不同。
背景标准观测（Standard Observer）。
CIE标准观测是基于协会和建造者的表格的二维区域。
CIE 1964标准观测是10维的。
引导到1931标准观测的实验只使用了视网膜中的一个小凹槽，覆盖了视野的2维。
1964年附加的标准观测是基于视网膜10维区域的色彩比配实验。
观测忽略了中央的2维点。
当视觉感受被期望为4维时，1964的标准观测就被推荐出来了。
CIE标准观测通常都基于许多实验，这些实验是用少数拥有普通视力的人做出的。
没有真正的观测是也CIE标准观测一样的。
请参考[Judd75, pp. 153-157] or [Billmeyer81, pp.42-45]。
关于新闻组的投递，Danny提出“1964观测有50个观测者左右，而1931只有一打。
1964的工作包括一些外国的已经获得博士学位的同事，但是早期的工作只有包括伦敦附近的一些英国人”。
根据[Foley96, p. 580], 1964的表格并不是普遍为计算机使用的，因为它强调很大的一个颜色区域，这个区域里的大多数颜色并不是图象中能够找到的。
下面的图能够被“标准”表格色度程序显示，当程序被校准了以后尺寸也就正确了。
CIE 1931 2-Degree Field of ViewCIE 1964 10-Degree Field of View要得到附加的CIE1931和1964观测信息，请看[Judd75, p. 155] or [Billmeyer81, p. 42]。
几种典型的颜色空间
几种典型的颜色空间（一）CIE色度模型国际照明委员会（CIE，Commission Internationale de L'Eclairage / International Commission on Illumination）的色度模型是最早使用的模型之一。
它是三维模型，其中，x和y两维定义颜色，第3维定义亮度。
CIE 在1976 年规定了两种颜色空间。
一种是用于自照明的颜色空间，叫做CIE LUV（图06-02-2）。
图06-02-2 CIE 1976 Lu’v’色度图另一种用于非自照明的颜色空间，叫做CIE 1976 L*a*b*，或者叫CIE LAB。
CIE LAB 系统使用的坐标叫做对色坐标(opponent color coordinate)，如图06-02-3 所示。
CIELAB 使用b*, a *和 L*坐标轴定义CIE 颜色空间。
其中，L*值代表光亮度，其值从0(黑色)~100(白色)。
b*和a*代表色度坐标，其中a*代表红-绿轴，b*代表黄-蓝轴，它们的值从0到10。
a* = b*= 0表示无色，因此L*就代表从黑到白的比例系数。
使用对色坐标（opponet color coordinate）的想法来自这样的概念：颜色不能同时是红和绿，或者同时是黄和蓝，但颜色可以被认为是红和黄、红和蓝、绿和黄以及绿和蓝的组合。
图06-02-3 CIE LAB 颜色空间CIE XYZ 是国际照明委员会在1931 年开发并在1964年修订的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。
CIE 1931 色度图(CIE 1931 Chromaticity Diagram)，如图06-02-4(a)所示，图(b)是它的轮廓图。
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CIE色度图
CIE-RGB系统
标准三原色匹配任意颜色的光谱三刺激值曲线。
曲线中的一部分500μm附近的r 三刺激值是负数，这当然不能否定将红、绿、蓝三色混合可以得到其他颜色，但它确实表明一些颜色不能够仅仅通过将三原色混合来得到而在普通的CRT上显示。
图例：
CIE-XYZ系统
由于实际上不存在负的光强，1931年CIE规定了3种假想的标准原色X(红)、Y(绿)、Z(蓝)构造了CIE-XYZ系统，以便使能够得到的颜色匹配函数的三刺激值都是正值：
C=xX+yY+zZ
图例：
三刺激空间和色度图
所有颜色向量组成了x>0、y>0和z>0的三维空间第一象限锥体
取一个截面x+y+z＝1
该截面与三个坐标平面的交线构成一个等边三角形，每一个颜色向量与该平面都有一个交点，每一个点代表一个颜色，它的空间坐标(x,y,z)表示为该颜色在标准原色下的三刺激值，称为色度值
图例：
CIE色度图
CIE色度图的翼形轮廓线代表所有可见光波长的轨迹，即可见光谱曲线。
沿线的数字表示该位置的可见光的主波长。
中央的C对应于近似太阳光的标准白光，C点接近于但不等于x=y=z=1/3的点。
红色区域位于图的右下角，绿色区域在图的顶端，蓝色区域在图的左下角，连接
光谱轨迹两端点的直线称为紫色线。
用途
得到光谱色的互补色，只要从该颜色点过C点作一条直线，求其与对侧光谱曲线的交点，即可得到补色的波长。
D的补色为E。
确定所选颜色的主波长和纯度。
颜色A的主波长，从标准白光点C过A作直线与光谱曲线相交于B（A与B在C的同侧），这样颜色A可以表示为纯色光B和白光C的混合，B就定义了颜色A的主波长。
定义一个颜色域。
通过调整混合比例，任意两种颜色：
I和J加在一起能够产生它们连线上的颜色
再加入第三种颜色K，就产生三者（I、J和K）构成的三角形区域的颜色。
应用限制
色度图的形状表明，没有一个3个顶点均在可见光翼形区的三角形可以完全覆盖
该区域。
因此，可见的红、绿、蓝三种颜色不能通过加法混合来匹配所有的颜色。
虽然色度图和三刺激值给出了描述颜色的标准精确方法，但是，它的应用还是比较复杂。
在计算机图形学中，通常使用一些通俗易懂的颜色系统——颜色模型，它们都基于三维颜色空间。
图例：
三刺激值是引起人体视网膜对某种颜色感觉的三种原色的刺激程度之量的表示。
根据杨-亥姆霍兹的三原色理论，色的感觉是由于三种原色光刺激的综合结果。
在红、绿，蓝三原色系统中，红。
绿、蓝的刺激量分别以R、G、B表示之。
由于从实际光谱中选定的红、绿、蓝三原色光不可能调(匹)配出存在于自然界的所有色彩，所以，CIE于1931年从理论上假设了并不存在于自然界的三种原色，即理论三原色，以X，Y，Z表示，以期从理论上来调(匹)配一切色彩。
形成了XYZ测色系统。
X原色相当于饱和度比光谱红还要高的红紫，Y原色相当于饱和度比520毫微米的光谱绿还要高的绿，Z原色相当于饱和度比477毫微米的光谱蓝还要高的蓝。
这三种理论原色的刺激量以X，Y，Z表示之，即所谓的三刺激值
人眼为什么可以看见可见光而产生对颜色的感觉呢？原来，光辐射经过眼球后照射在视网膜上。
视网膜上布满了大量极细的视神经细胞，视神经细胞分为杆状细胞和锥状细胞。
杆状细胞主要决定人眼对弱暗光的视觉反应，锥状细胞主要决定人眼对明亮光的视觉反应。
这些细胞中都含有感光物质，当光线照到视网膜上时，感光物质发生化学变化，刺激神经细胞，再由神经传到大脑，产生视觉。
视神经细胞对不同波长的感光灵敏度不同，绿光最高，而对蓝光和红光的灵敏度则低得多。
图4为CIE推荐的人眼的相对光谱光视效率函数曲线，称为“明视觉光谱光视效率函数曲线V（λ），和暗视觉光谱光视效率V'（λ）。
人眼对颜色的感觉主要由锥体细胞起作用，而且锥体细胞只有当亮度大于几个cd／m2以上时才起作用。
根据三色学说及多年来的大量实验証明，人眼视网膜上含有三种不同类锥体细胞，分别含有三种不同的视色素，这三种不同光谱敏感性的视色素的光谱吸收峰值分别约在440~450nm；560~570nm;650-680nm处，
分别称为亲蓝、亲绿、亲红视色素。
外界光辐射进入人眼时被三种锥体细胞按它们各自的吸收特性吸收，细胞色素吸收光子后引起光化学反应，视色素被分解漂白，同时触发生物能，引起神经活动，将视觉信息通过双极细胞和神经节细胞传至神经中枢，引起颜色刺激。
三刺激值与色品坐标（CIE1931）之间的关系
x=X/(X+Y+Z)
y=Y/(X+Y+Z)
z=Z/(X+Y+Z)
左边小写为色品坐标，右边大写为光谱色的三刺激值（即单色光的三刺激值与色品坐标的关系）
将以上光谱色的三刺激值乘以光源的光谱功率函数，然后在可见光380—780nm范围积分（还要乘一个常系数）可得到该光源发出的光的三刺激值，进一步可得其色品坐标
若将光谱色的三刺激值乘以物体的光谱反射系数（对于透明物体则乘光谱透过率），在可见光380—780nm 范围积分（还要乘一个常系数），最终可得到该物体的颜色的三刺激值及色品坐标。