簡介
在
顏色感知的研究中,
CIE 1931 XYZ色彩空間(也叫做
CIE 1931色彩空間)是其中一個最先採用數學方式來定義的
色彩空間,它由
國際照明委員會(CIE)於1931年創立。
CIE XYZ色彩空間是從1920年代後期W. David Wright(Wright 1928)和John Guild(Guild 1931)做的一系列實驗中得出的。他們的實驗結果合併到了CIE RGB色彩空間的規定中,CIE XYZ色彩空間再從它得出。本文即闡述這兩種色彩空間。
三色刺激值
人類
眼睛有對於短(S, 420-440nm)、中(M, 530-540nm)和長(L, 560-580nm)波長的光感受器(稱為
視錐細胞,需要注意的是,人類尚有一單色的夜視光感測器---
視桿細胞---其最敏感的感知頻譜範圍約在490-495nm)。因此,根據三種視錐細胞的刺激比例,便能描述任一種顏色的感覺,此稱為LMS空間。
色彩空間指的是用一種客觀的方式敘述顏色在人眼上的感覺,通常需要三色刺激值。更精確地說,首先先定義三種主要顏色(primary color),再利用顏色疊加模型,即可敘述各種顏色。需要注意的是,三種主要顏色未必需要是真正的顏色(也就是該種顏色無法真的被創造出來)。
在三色加色法模型中,如果某一種顏色和另一種混合了不同分量的三種原色的顏色,均使人類看上去是相同的話,我們把這三種原色的分量稱作該顏色的三色刺激值。CIE 1931色彩空間通常會給出顏色的三色刺激值,並以X、Y和Z來表示。
色彩空間是指任何一種替每個顏色關聯到三個數(或三色刺激值)的方法,CIE 1931色彩空間就是這種色彩空間之一。但是CIE XYZ色彩空間是特殊的,因為它是基於人類
顏色視覺的直接測定,並充當很多其他色彩空間的定義基礎。
在CIE XYZ色彩空間中,三色刺激值並不是指人類眼睛對短、中和長波(S、M和L)的反應,而是一組稱為X、Y和Z的值,約略對應於
紅色、
綠色和
藍色(但要留意X、Y和Z值並不是真的看起來是紅、綠和藍色,而是從紅色、綠色和藍色導出來的參數),並使用CIE 1931 XYZ顏色匹配函式來計算。兩個由多種不同波長的光混合而成的光源可以表現出同樣的顏色,這叫做“
異譜同色”(metamerism)。當兩個光源對標準觀察者(CIE 1931標準色度觀察者)有相同的視現顏色的時候,它們即有同樣的三色刺激值,而不管生成它們的光的光譜分布如何。
問題和解決
1924發光效率函式V(λ,CIE 1926)嚴重的低估了在460 nm波長下的敏感度。Judd(1951)和Vos(1978)提議了一個修改版本的發光效率函式,這也給出了一組新的XYZ顏色匹配函式。參見Stiles與Burch(1955)。
CIE 1964標準觀察者顏色匹配函式是為10度視角定義的。它們是從Stiles與Burch(1959),和Speranskaya(1959)的工作得出的。1931標準觀察者視角是2度。對於10度實驗,指導觀察者忽略中心2度斑點。推薦對多於4度視角使用1964增補標準觀察者。
CIE 1931色彩空間的一個問題是它沒有給出估量顏色差別的直接方式。希望在色度圖上距離能對應於在兩個顏色之間的差別程度。測量兩個顏色之間的差別的想法是D.L. MacAdam開發的並總結於MacAdam橢圓的概念中。基於MacAdam的工作,在1960年開發了CIE L*u*v*色彩空間,它後來被CIE L*a*b*色彩空間所替代,二者都設計為在顏色空間中相等的距離對應於相等的MacAdam所測量的顏色差別。儘管它們比CIE 1931系統有明顯的改進,它們沒有完全免除扭曲。