五、CIE颜色系统

对颜色的定义分为两大类:与设备相关的颜色系统(RGB和CMYK)和与设备无关的颜色系统(Yxy和L”a"b*)。与设备无关意味着颜色是基于测量来定义的,跟颜色是如何产生的无关。与设备无关的颜色系统可用于在许多不同设备之间传递颜色信息。

颜色形成有三个要素，光源、被测量的物体以及人眼。CIE测量系统考虑了影响颜色观察的所有因素，与人类对颜色的感知密切相关,被广泛使用于颜色管理系统和印刷质量控制中。光源使用其光谱能量分布函数来指定，通常是CIE标准光源。透射或反射光谱描述要测量的颜色样本。CIE标准观察者反映人眼视觉系统响应。CIE颜色系统需要计算XYZ三刺激值，首先将光源的光谱反射率函数与颜色样本的光谱反射率函数相乘，得到颜色刺激值函数，再将颜色刺激值函数乘以标准观察者函数。从图1-6中可以看到，标准观察者函数有三个，因此，相乘以后会得到三条新的曲线，将这三个新的曲线进行积分并进行标准化，就得到了XYZ三刺激值。XYZ三刺激值由光谱测量值计算，提供了对颜色的基本度量。色彩管理系统有很多XYZ三刺激值的应用，比如显示器ICC特征文件中就使用的是XYZ数据。但是，XYZ数据对颜色表示不明显，不能直接看出来是怎样的一个颜色，需要转换为其他

收 颜色系统表示。Yxy、L*a*b*、LUV或L*C*h*都是XYZ转换后的形式，转换以后也

方便计算色差。

国际照明委员会(CIE)定义了许多与设备无关的颜色系统，其中有两种广泛使用于色彩管理，它们是CIE1931 Yxy和CIE1976 L*a*b*颜色系统。Yxy系统是一个较旧的系统，于1931年获得批准，呈马蹄形，如图1-7所示。在Yxy系统中，颜色由色度图上的x和y坐标指定。

要使用CIE1931Yxy色度图，首先需要计算或测量样本的x，y色度坐标。然后绘制颜色的x，y位置以及测量颜色所用光源的x，y位置，如图1-7所示。接下来，从光源(白点)开始，通过样本颜色绘制一条射线，这条射线与色度图边缘点相交，即可以读出颜色样本的主波长，这样可以确定颜色的色相。可以通过光源到样本的距离a和样本到色度图边界的距离b来计算颜色的饱和度。颜色的饱和度或纯度由a/(a+b)表示，也可以表示为百分比。从色度图上可以改变光源并预测其对颜色样本外观的影响。从新光源的位置点开始，连接颜色样本点到光谱图边缘形成一条射线，这样可以读出一个新的主波长，它代表新光源下样本的颜色。通过CIE色度图，还可以预测两种颜色加色法混色后的结果。如果两个颜色由图上的两点表示，它们加色法混色后结果将始终在两个颜色样本的连线上。这个概念经常用于显示器和投影仪颜色分析中，其中RGB系统的色域由三原色红-绿-蓝基色限定，只需要知道系统的红、绿和蓝坐标就可以绘制色域边界。所有可以由RGB原色混合而成的颜色都位于三原色坐标点所表示的三角形内。该系统缺点是色度图上仅表示颜色刺激之间的关系，而不是颜色感知之间的关系。准确的颜色感知将取决于观察者的观察条件、色适应和其他特征。当用不同的光源照射相同的颜色时，颜色在色度图上的位置是不同的。比如白色，当照射光源从高色温的日光变化为低色温的钨丝灯光源时，白色从蓝色向黄色过渡。 CIE Yxy系统最大的缺点是它在视觉上不是一个均匀的颜色空间，从CIE色度图中可看到，绿色占据了很大的面积，蓝色和红色被压缩。

CIE1976 L*a*b*颜色空间由式(1-2)转换而来。如图1-8所示的CIE1976L*a*b*颜色系统是一个三维的颜色空间，L”表示亮度，+a*表示红色，一a*表示绿色，+b”表示黄色，-b*表示蓝色。CIE Lab则是在CIEXYZ的基础上得到的色彩空间均匀显色系充。L*=0表示黑色，L*=100表示白色。典型的白纸的L*=95。a*和b*值的范围从 -128到+127。L*=50，a"=0,b*=0为一个完美的中间调灰。当颜色从中间到边缘立置，颜色的饱和度值慢慢增加。L*a*b*颜色系统与CIE1931Yxy颜色系统相比，具有好的视觉感知的均匀性，是目前色彩管理中使用最广泛的最佳色彩空间。

式中，X、Y、Z为颜色样品的三刺激值;Xo、Yo、Z。为CIE标准照明体的三刺激值;L"称为心理计量明度，简称心理明度或明度指数;a"、b*为心理计量色度。

L"、a"、b"值，L"表示颜色的明暗，a b*值表示颜色。其中样本1,a*值和b*值为正，且a*值大于b*值，可以判断这是一发黄的红色。样本2，a*值为负，是一个绿色色。样本3，b*值为正，是黄色。样本4，a值和b*值均为0，表示一个中性灰色。

CIE还定义了一个颜色系统L*C*h*，L*C*h*代表亮度、彩度和色相角。当单独使用时，坐标称为L*、C*、h*。L*C*h*系统表示了颜色的三属性。L*a*b*和L*C*h*共享相同的颜色空间图。L*a*b*使用的是指定笛十尔坐标颜色，而L*C*h*系统使用极坐标表示颜色，但颜色在两个颜色空间中的位置相同。L在L*a*b*和L*C*h*系统中完全相同，是垂直于图平面的亮度坐标。C*是色度坐标，即距离中心的距离，它告诉我们颜色的饱和度。圆周上的位置是色调角(h*)，以度表示，0°红色，然后继续到90°黄色、180°绿色、270°蓝色。