CIE1931RGB 真实三原色表色系统

一、CIE1931RGB 真实三原色表色系统

（一）、 颜色匹配实验 　　把两个颜色调整到视觉相同的方法叫颜色匹配，颜色匹配实验是利用色光加色来实现的。图5-24中左方是一块白色屏幕，上方为红R、绿G、蓝B三原色光，下方为待配色光C，三原色光照射白屏幕的上半部，待配色光照射白屏幕的下半部，白屏幕上下两部分用一黑挡屏隔开，由白屏幕反射出来的光通过小孔抵达右方观察者的眼内。人眼看到的视场如图右下方所示，视场范围在2°左右，被分成两部分。图右上方还有一束光，照射在小孔周围的背景白版上，使视场周围有一圈色光做为背景。在此实验装置上可以进行一系列的颜色匹配实验。待配色光可以通过调节上方三原色的强度来混合形成，当视场中的两部分色光相同时，视场中的分界线消失，两部分合为同一视场，此时认为待配色光的光色与三原色光的混合光色达到色匹配。不同的待配色光达到匹配时三原色光亮度不同，可用颜色方程表示： 　　　　　　C=R（R）+G（G）+B（B） （5-1） 式中C 表示待配色光；（R）、（G）、（B）代表产生混合色的红、绿、蓝三原色的单位量；R、G、B分别为匹配待配色所需要的红、绿、蓝三原色的数量，称为三刺激值；“o”表示视觉上相等，即颜色匹配。                           图5-24 颜色匹配实验   （二）、三原色的单位量 　　国际照明委员会（CIE）规定红、绿、蓝三原色的波长分别为700nm、546.1nm、435.8nm，在颜色匹配实验中，当这三原色光的相对亮度比例为1.0000：4.5907：0.0601时就能匹配出等能白光，所以CIE选取这一比例作为红、绿、蓝三原色的单位量，即（R）：（G）：（B）=1：1：1。尽管这时三原色的亮度值并不等，但CIE却把每一原色的亮度值作为一个单位看待，所以色光加色法中红、绿、蓝三原色光等比例混合结果为白光，即（R）+（G）+（B）=（W）。   （三）、 CIE-RGB光谱三刺激值 　　CIE-RGB光谱三刺激值是317位正常视觉者，用CIE规定的红、绿、蓝三原色光，对等能光谱色从380nm到780nm 所进行的专门性颜色混合匹配实验得到的。实验时，匹配光谱每一波长为 的等能光谱色所对应的红、绿、蓝三原色数量，称为光谱三刺激值，记为 ，它是CIE在对等能光谱色进行匹配时用来表示红、绿、蓝三原色的专用符号。因此，匹配波长为l的等能光谱色C（入）的颜色方程为 　　　　　　C（入）≡　　　　(5-2) 式中（R）、（G）、（B）为三原色的单位量，分别为1.0000、4.5907、0.0601；C（入）在数值上表示等能光谱色的相对亮度，如图5-25所示，其中最大值为C（555）。 且有 C（555）=1，即 　　　　　　　　　　　（5-3） 光谱三刺激值的数据见表5-2，图5-26是按表5-2中的数据画出的曲线。 （纵坐标为相对亮度） 表5-2  国际R.G.B坐标制（CIE1931年标准色度观察者） l （毫微米） 光谱三刺激值 色度坐标 r（l） g（l） b（l） 380 0.00003 -0.00001 0.00117 0.0272 -0.0115 0.9843 385 0.00005 -0.00002 0.00189 0.0268 -0.0114 0.9846 390 0.00010 -0.00004 0.00359 0.0263 -0.0114 0.9851 395 0.00017 -0.00007 0.00647 0.0256 -0.0113 0.9857 400 0.00030 -0.00014 0.01214 0.0247 -0.0112 0.9865 405 0.00047 -0.00022 0.01969 0.0237 -0.0111 0.9874 410 0.00084 -0.00041 0.03707 0.0225 -0.0109 0.9884 415 0.00139 -0.00070 0.06637 0.0207 -0.0104 0.9897 420 0.00211 -0.00110 0.11541 0.0181 -0.0094 0.9913 425 0.00266 -0.00143 0.18575 0.0142 -0.0076 0.9934 430 0.00218 -0.00119 0.24769 0.0088 -0.0048 0.9960 435 0.00036 -0.00021 0.29012 0.0012 -0.0007 0.9995 440 -0.00261 0.00149 0.31228 -0.0084 0.0048 1.0036 445 -0.00673 0.00379 0.31860 -0.0213 0.0120 1.0093 450 -0.01213 0.00678 0.31670 -0.0390 0.0218 1.0172 455 -0.01874 0.01046 0.31166 -0.0618 0.0345 1.0273 460 -0.02608 0.01485 0.29821 -0.0909 0.0517 1.0392 465 -0.03324 0.01977 0.27295 -0.1281 0.0762 1.0519 470 -0.03933 0.02538 0.22991 -0.1821 0.1175 1.0646 475 -0.04471 0.03183 0.18592 -0.2584 0.1840 1.0744 480 -0.04939 0.03914 0.14494 -0.3667 0.2906 1.0761 485 -0.05364 0.04713 0.10968 -0.5200 0.4568 1.0632 490 -0.05814 0.05689 0.08257 -0.7150 0.6996 1.0154 495 -0.06414 0.06948 0.06246 -0.9459 1.0247 0.9212 500 -0.07173 0.08536 0.04776 -1.1685 1.3905 0.7780 505 -0.08120 0.10593 0.03688 -1.3182 1.7195 0.5987 510 -0.08901 0.12860 0.02698 -1.3371 1.9318 0.4053 515 -0.09356 0.15262 0.01842 -1.2076 1.9699 0.2377 520 -0.09264     0.17468 0.01221 -0.9830 1.8534 0.1296 525 -0.08473 0.19113 0.00830 -0.7386 1.6662 0.0724 530 -0.07101 0.20317 0.00549 -0.5159 1.4761 0.0398 535 -0.05136 0.21083 0.00320 -0.3304 1.3105 0.0199 540 -0.03152 0.21466 0.00146 -0.1707 1.1628 0.0079 545 -0.00613 0.21487 0.00023 -0.0293 1.0282 0.0011 550 0.02279 0.21178 -0.00058 0.0974 0.9051 -0.0025 555 0.05514 0.20588 -0.00105 0.2121 0.7919 -0.0040 560 0.09060 0.19702 -0.00130 0.3164 0.6881 -0.0045 565 0.12840 0.18522 -0.00138 0.4112 0.5932 -0.0044 570 0.16768 0.17807 -0.00135 0.4973 0.5067 -0.0040 575 0.20715 0.15429 -0.00123 0.5751 0.4283 -0.0034 580 0.24526 0.13610 -0.00108 0.6449 0.3579 -0.0028 585 0.27989 0.11686 -0.00093 0.7071 0.2952 -0.0023 590 0.30928 0.09754 -0.00079 0.7617 0.2402 -0.0019 595 0.33184 0.07909 -0.00063 0.8087 0.1928 -0.0015 600 0.34429 0.06246 -0.00049 0.8475 0.1537 -0.0012 605 0.34756 0.04776 -0.00038 0.8800 0.1209 -0.0009 610 0.33971 0.03557 -0.00030 0.9059 0.0949 -0.0008 615 0.32265 0.02583 -0.00022 0.9265 0.0741 -0.0006 620 0.29708 0.01828 -0.00015 0.9425 0.0580 -0.0005 625 0.26348 0.01253 -0.00011 0.9550 0.0454 -0.0004 630 0.22677 0.00833 -0.00008 0.9649 0.0354 -0.0003 635 0.19233 0.00537 -0.00005 0.9730 0.0272 -0.0002 640 0.15968 0.00334 -0.00003 0.9797 0.0205 -0.0002 645 0.12905 0.00199 -0.00002 0.9850 0.0152 -0.0002 650 0.10167 0.00116 -0.00001 0.9888 0.0113 -0.0001 655 0.07857 0.00066 -0.00001 0.9918 0.0083 -0.0001 660 0.05932 0.00037 0.00000 0.9940 0.0061 -0.0001 665 0.04366 0.00021 0.00000 0.9954 0.0047 -0.0001 670 0.03149 0.00011 0.00000 0.9966 0.0035 -0.0001 675 0.02294 0.00006 0.00000 0.9975 0.0025 0.0000 680 0.01687 0.00003 0.00000 0.9984 0.0016 0.0000 685 0.01187 0.00001 0.00000 0.9991 0.0009 0.0000 690 0.00819 0.00000 0.00000 0.9996 0.0004 0.0000 695 0.00572 0.00000 0.00000 0.9999 0.0001 0.0000 700 0.00410 0.00000 0.00000 1.0000 0.0000 0.0000 705 0.00291 0.00000 0.00000 1.0000 0.0000 0.0000 710 0.00210 0.00000 0.00000 1.0000 0.0000 0.0000 715 0.00148 0.00000 0.00000 1.0000 0.0000 0.0000 720 0.00105 0.00000 0.00000 1.0000 0.0000 0.0000 725 0.00074 0.00000 0.00000 1.0000 0.0000 0.0000 730 0.00052 0.00000 0.00000 1.0000 0.0000 0.0000 735 0.00036 0.00000 0.00000 1.0000 0.0000 0.0000 740 0.00025 0.00000 0.00000 1.0000 0.0000 0.0000 745 0.00017 0.00000 0.00000 1.0000 0.0000 0.0000 750 0.00012 0.00000 0.00000 1.0000 0.0000 0.0000 755 0.00008 0.00000 0.00000 1.0000 0.0000 0.0000 760 0.00006 0.00000 0.00000 1.0000 0.0000 0.0000 765 0.00004 0.00000 0.00000 1.0000 0.0000 0.0000 770 0.00003 0.00000 0.00000 1.0000 0.0000 0.0000 775 0.00001 0.00000 0.00000 1.0000 0.0000 0.0000 780 0.00000 0.00000 0.00000 1.0000 0.0000 0.0000 图5-26 CIE-RGB光谱三刺激值   （四）、 负刺激值 　　从表5-2中可以看到，在很多情况下光谱三刺激值是负值（负刺激值），这是因为待配色为单色光，其饱和度很高，而三原色光混合后饱和度必然降低，无法和待配色实现匹配。为了实现颜色匹配，在实验中须将上方红、绿、蓝一侧的三原色光之一移到待配色一侧，并与之相加混合，从而使上下色光的饱和度相匹配。例如，将红原色移到待配色一侧，实现了颜色匹配，则颜色方程为 　　　　　 …………………（5-4） 　　因此，待配色 　　　　　…………………（5-5） 　　所以 出现了负值。 （五）、 色度坐标 　　在颜色匹配实验中，为了表示R、G、B三原色各自在R+G+B总量中的相对比例，我们引入色度坐标r、g、b。 　　　　　　…………………………………（5-6） 　　从上式可知 r+g+b=1 　　若待配色为等能光谱色，则上式可写为 　　　　　　………………………（5-7） 　　式中 为光谱色度坐标，计算出的数值见表5-2。图5-27是按表5-2中光谱色度坐标的数据画出的rg色度图的轮廓曲线。在偏马蹄形的光谱轨迹中，很大一部分色度坐标r是负值。这一系统规定的等能白光（E光源，色温5500K），位于色度图的中心（0.33，0.33）。在CIE rg色度图中色度坐标反映的是三原色各自在三刺激值总量中的相对比例，一组色度坐标表示了色相相同和饱和度相同而亮度不同的那些颜色的共同特征，因此CIE rg色度图并不反映颜色亮度的变化，色度图的轮廓表达出了颜色的色域范围。1931CIE-RGB系统的 光谱三刺激值是从实验得出来的，本来可以用于颜色测量和标定以及色度学计算，但是实验结果得到的用来标定光谱色的原色出现了负值，正负交替十分不便，不宜理解，因此，1931年CIE推荐了一个新的国际色度学系统——1931CIE-XYZ系统，又称为XYZ国际坐标制。             图5-27 CIE rg色度图