颜色怎么测量？颜色测量有哪些标准色度系统？

在颜色的测量过程中，测色的结果受到多种主客观因素的影响，CIE为了统一颜色测量的标准，规定了色度测量的标准色度系统。本文对颜色测量的原理及颜色测量标准色度系统的类型做了介绍，对此感兴趣的朋友可以了解一下！

颜色测量的原理：

颜色是光的属性，是外界光投射到物体上，经过颜色物质对光有选择的吸收后，其反射（或透射）光对人眼的辐射作用结果。人眼只能看到 380～780nm的光，即可见光。人眼对不同波长光的感受性是不一样的。虽然不同的人对同一外界光刺激的主观感受不尽一致，但人的生理视觉对可见光的感受却呈现着共性的规律。人们根据这共性规律，制定了一个“标准人眼”。它是我们在颜色测量和评价中所遵循的生理学依据。

现代颜色测量采用 CIE（国际照明委员会）所规定的一套颜色测量原理、数据和计算方法、称为CIE标准色度学系统。这一系统以两组基本视觉实验数据为基础。一组数据叫做“CIE1931标准色度观察者”，或叫做“CIE1931-XYZ系统”；另一 组叫做“CIE1964补充标准色度观察者”，或叫做“CIE1964－X10Y10Z10系统”，前者适于2°视场的测量，后者适于10°视场的测量，每组数据即相当于“标准人眼”，是由三条曲线组成，根据这三条曲线，我们便可以通过各种手段、测得颜色的三刺激值XYZ（X10Y10Z10）。具体公式为：

式中x（λ）、y（λ）、z.（λ）即为“标准人眼”的三条曲线，称之为CIE光谱三刺激值：φ（λ）为颜色刺激函数，对于自发光体（如光源），φ（λ）=S（λ），S（λ）为待测发光体的相对光谱功率分布：对于透射物体，p（λ）=τ（λ）S（λ），τ（λ）为待测物体的光谱透过率；对于反射物体，φ（λ）=B（λ），B（λ）为待测物体的光谱反射率因数。式中 K 为常数。

Se（λ）是所采用的标准照明体的相对光谱功率分布，XYZ（X10Y10Z10）是表征颜色的最基本参数。它们是假定的理想三原色。测色仪器的目的就是要测出被测对象的XYZ（X10Y10Z10）值，色度学中其它各种表色数据都是由这三个参数换算而来的。

颜色测量的标准色度系统：

1.CIE1931XYZ色度系统

由于CIE1931RGB色度系统在计算过程中会出现负值，因此CIE采用假想的三刺激值X、Y和Z来建立一个新的色度系统，即CIE1931 XYZ标准色度系统。通过选择合适的三原色，使其光谱三刺激值x（x）、y（y）和z（z）均不为负数，并且Y与亮度值成正比。三刺激值X、Y、Z及其相应色品坐标x、y、z的计算方法分别如下式所示：

式中，φ（λ）是光源发出（光源色）或是光源经物体反射或透射后（物体色）进入人眼的光谱能量分布，称之为颜色刺激函数；x（λ）、y（λ）和z（λ）是CIE1931标准色度系统的光谱三刺激值，其数据可通过查表得到；k为相应的归化系数。应注意的是，当需要预测在不同照明体下的三刺激值时，应采用色貌模型进行计算。

CIE1931 XYZ标准色度系统主要体现人眼视觉系统中央凹锥体细胞的作用，因此适用于2°视场的中央视觉观察条件，也可用于1°～4°视场的颜色测量，但对极小视场的颜色观察不再有效。对于大于4°视场的颜色测量，应采用CIE1964 XYZ标准色度系统。

CIE1931 XYZ标准色度系统是在广泛的实验基础上评价的人眼响应，是国际上颜色测量和表征的统一标准，是几乎一切颜色计算和颜色测量仪器设计、制造的基本理论依据。

2.CIE1964XYZ标准色度系统

由于CIE1931XYZ标准色度系统是在2°视场观察条件下颜色视觉匹配实验数据的基础上得到的，多年的应用实践表明CIE1931XYZ标准色度系统适用于1°～4°视场。而当视场增大到4°以上时，由于在人眼视网膜上的成像面积超过了中央凹范围，杆体细胞也会参与作用，使颜色感受产生了一定的变化。日常生活中观察物体时的视场通常较大，因此需要建立新的标准色度系统，以满足大视场观察和测量的需要。

CIE在色度研究者基于10°视场条件下获得的两组实验数据的基础上，于1964年推荐了一组用于大视场观察的CIE1964标准色度观察者光谱三刺激值曲线，即CIE1964XYZ标准色度系统，其三刺激值X10、Y10、Z10和色品坐标x10、y10、z10的计算方程分别：

式中，φ（λ）为相应的光谱能量分布，x10（λ）、y10（λ）和z10（λ）是CIE1964标准色度系统的光谱三刺激值，k10为归化系数。

颜色测量常用颜色空间：

计算色差必须在特殊的颜色空间中进行。在这个颜色空间里，各个不同颜色区域的数值变化必须与眼睛对颜色的感觉一致，相同的数值变化对应相同的颜色差别感觉，满足这个条件的颜色就称为颜色感觉上的均匀颜色空间。1976年CIE推荐了两个改进的均匀颜色空间，即CIE1976L*u*v*颜色空间和CIE1976L*a*b*颜色空间。

1.CIE1976L*u*v*颜色空间

国际照明委员会改进了原有的CIE1964W*U*V*颜色空间，提出采用如下的L*u*v*作为三维直角坐标的颜色空间，称为CIELUV颜色空间，它主要用于如电视工业等加混色的表示和评价。在该空间中，L*为明度，u*、v*表示颜色的色品坐标，其计算公式为：

式中：u'、v'和u'n、v'n分别是颜色样品和CIE标准照明体的CIE1976UCS图色品坐标，即：

式中：X、Y、Z为颜色样品的三刺激值，Xn、Yn、Zn为CIE标准照明体照射在完全漫反射体上，然后反射到观察者眼中的三刺激值，其中Yn = 100。

2.CIE1976L*a*b*颜色空间

CIE在1976年推荐用于加混色的CIELUV颜色空间的同时，还推荐了主要用于如印刷、纺织、印染等表面色料工业减混色的表示和评价的CIE1976L*a*b*颜色空间，也称为CIELAB颜色空间。

在CIELAB颜色空间中，不同区域的色差容限相对比较接近，颜色样品在此空间中的位置由三维的直角坐标表示。L*、a*、b*的值可以从三刺激值（X，Y，Z）计算出来，其中L*表示颜色的明度，a*表示该颜色在红一绿轴方向的投影位置，b*则表示颜色在黄一蓝轴方向的投影位置。在此颜色空间中，视觉对色差的可察觉性可以用椭球体来表示，球体的三个轴分别代表明度、饱和度（彩度）和色调，其大小由该颜色在颜色空间中的位置所决定（如该球体在黄色区域时比绿色区域变得更狭长）。

作为该空间三维直角坐标的明度L*和色品坐标a*、b*的计算公式为：

式中：X、Y、Z为颜色样品的三刺激值，Xn、Yn、Zn为CIE标准照明体照射在完全漫反射体上，然后反射到观察者眼中的三刺激值，其中Yn=100。

从上面的计算公式可见，CIELUV颜色空间中的L*和CIELAB颜色空间中的L*、a*、b*所适用的三刺激值是有条件限制的，即：