CIE1964XYZ表色系统特点的研究

摘 要：本文主要内容是对CIE1964XYZ表色系统的特点进行研究。通过从颜色三属性对比相同孟塞尔色块在2°视场（CIE1931XYZ表色系统）和10°视场（CIE1964XYZ表色系统）下不同的计算结果，得出与CIE1931XYZ表色系统相比，CIE1964XYZ表色系统在颜色值计算方面的变化规律。

关键词：色度学;CIE1964XYZ;视场角;颜色三属性

1928—1929年莱特与吉尔德分别使用不同波长的三原色光在2°视场条件下对光谱色进行颜色匹配实验，得到基于各自三原色的光谱色匹配函数。1931年CIE把红绿蓝三原色光的波长确定为700nm、546.1nm、435.8nm并确定三原色光单位，转换莱特与吉尔德的光谱匹配函数得到“CIE1931RGB颜色匹配函数”。为了CIE色度系统不出现负的刺激值，CIE假想了三个原色X、Y、Z，重新计算颜色匹配数据，得到“CIE 1931颜色匹配函数”（CIE1931 CMF），建立CIE1931XYZ表色系统。

人眼观察物体细节是的分辨力与观察是的视场大小有关。实验表明：人眼用小视场（﹤4°）观察颜色时辨别差异的能力较低，当观察视场从2°增大至10°时，颜色匹配的精度和辨别色差的能力都有提高;但视场再进一步增大时，则颜色匹配的精度提高就不大了。为了满足大视场条件下颜色计算的问题，1964年CIE又补充规定了一种10°视场的表色系统，称为CIE1964补充色度学系统。

本文针对相同的孟塞尔色块，分别使用CIE1931XYZ表色系统与CIE1964XYZ表色系统分别计算这些孟塞尔色块的Lab值。基于此Lab值，从明度、色相、彩度三个方面对比CIE1931XYZ表色系统与CIE1964XYZ表色系统对颜色计算结果的不同影响。

1 实验

1.1 实验目的

（1）通过运用测色仪，比较大视场与小视场的明度之间的差异。

（2）通过彩度公式，分析大视场和小视场下彩度显示的差异。

（3）通过色相角的公式，比较两个视场间的颜色差异。

1.2 实验仪器

（1）分光光度测色仪（型号;爱色丽SP60）。

（2）孟塞尔色谱。

1.3 孟塞尔色谱及Lab色彩模型介绍

（1）孟塞尔表色系统是由美国画家孟塞尔在1915年创建的颜色立体模型方法表示的系统。孟塞尔颜色体是一个三维类似球体的模型，它可以将物体表面色的基本三属性色相、明度、饱和度都表示出来。目前孟塞尔颜色系统已经在国家上被广泛采用来作为分类和标定表面色的方法。在这个系统的颜色立体中，中央轴代表着明度，越靠近上方颜色的明度就越大;垂直于中心轴的圆平面周向代表颜色的色相;垂直于中央轴的圆平面上，距离中央轴越近的颜色彩度越小，反之越大。

在本文实验中会运用到孟塞尔色谱，它是以颜色立体的垂直剖面为一页一次列入。整个立体划分成40个垂直剖面，图册一共有40页。在同一页面中包括同一色相的不同明度值、不同彩度值的色块。在孟塞尔图册中，每一页同一色相中纵轴自下而上，明度越来越大;横轴自左向右，彩度越来越大。明度分为0～10共11个等级，理想白色为10，理想黑色为0。但是实际应用中理想黑色和理想白色是不存在的，因此只用1～9级。彩度表示颜色离开相同明度值灰色的程度。在孟塞尔图册中，从0～20之间，按等视觉原则划分，相邻色块间的彩度相差为2，用2，4，6表示。

（2）L*a*b*色彩模型是1931年国际照明委员会制定颜色色度量国际标准的基础上建立的。在1976年这个模型才被重新修订和命名为CIE L*a*b*。这个模型是均匀的颜色空间，由CIEXYZ色度系统通过非线性转换而来的，与设备无关的颜色模型。不管使用什么设备创建或输出，这种颜色模型所产生的颜色都是不变的。

在CIE1976L*a*b*模型中，L*代表的是明度;+a*表示红色，-a*表示绿色，+b*表示黄色，-b*表示蓝色。在这个系统中任何一种颜色都是有a*b*的比例来决定的，在不同转角方向代表了不同的色调，彩度的大小用距离白-黑轴的距离来决定，距离越远彩度越高，颜色也越鲜艳。本文实验中也同样涉及彩度的计算，使用彩度的计算公式为C*ab=[（a*）2+（b*）2]1/2计算出结果。

色相是指人眼的三种感色视锥细胞受不同刺激后引起的不同颜色感觉。色相是表明不同波长的光刺激所引起的不同颜色心理反应。色相角表现为对象的坐标点与原点连接成的直线与a轴之间的夹角。色相角的公式为h*ab=arctanb*a*（弧度）=180πarctanb*a*（度）。

1.4 实验步骤

（1）在孟塞尔色谱中选取十个色相分别是：5种原色，红（R）、黄（Y）、绿（G）、蓝（B）、紫（P）;5种间色，黄红（YR）、绿黄（GY）、蓝绿（BG）、紫蓝（PB）、红紫（RP）。

（2）在每个色相中分别选择两个相邻的色块，要求其明度相同，彩度不同;再选取两个相邻的色块，要求其彩度相同，明度不同。另外，在十个色相中均选取一个明度和彩度都相同的色块。

（3）将测色仪先进行校准，确定测量条件为D50光源，视场分别选择2°和10°来进行测量。

（4）设置好测色仪后，开始测已选取好的孟塞尔色块，将每个色块的Lab值记录下来。

（5）在2°视场（CIE1931XYZ表色系统数据）和10°视场（CIE1964XYZ表色系统数据）下测得的色块的Lab值。通过测量得到的Lab值，计算得出该色块的彩度值和色相角。实验中色块数据如下表所示。

通过对比可以发现，相同的色块使用2°和10°视场数据计算色块颜色值，结果并不相同。以5个主色为例，对数据进行一下说明：在色相5R同色块中，2°视场的亮度较高一些，2°视场偏红和偏黄，彩度较高;从色相角可以看出10°视场的偏红。在色相5Y同色块中，10°视场的亮度和彩度均较低，10°视场偏红2°视场偏黄;从色相角中也可知道，2°视场偏黄。在色相5G同色块中，两个视场亮度相同，2°视场偏绿，10°视场偏黄，2°视场彩度偏高;色相角中，2°视场偏绿。在色相5B同色块中，10°视场的亮度和彩度偏高，10°视场偏绿，2°视场偏蓝;通过色相角可知2°视场偏蓝。在色相5P同色块中，10°视场的亮度较高，2°视场的彩度较高，2°视场的偏红和偏蓝;从色相角中可看出2°视场偏红。

2 实验结论

通过对表1中数据分析可以得出以下结论：

（1）在色相5R、5YR、5Y、5GY和5RP中2°视场所测得的色块明度值较高;在色相5BG、5B、5PB、5P中10°视场所测得的明度值较高，但是两个视场间的明度差值并不大。

（2）在所测得的十个色相中均是2°视场的彩度较高，两视场彩度相差约0.3～4。

（3）通過观察色相角，可以看出2°视场下色相角会超前于10°视场。

参考文献：

[1]徐海松.颜色技术原理及在印染中的应用——CIE标准表色系统.2005.

[2]郑元林，周世生.印刷色彩学.文化发展出版社，2013.

[3]刘浩学.CIE色度学系统在印刷中的应用.印刷质量与标准化，2004（05）.

基金项目：东莞市社会科技发展（一般）项目（2018 5071511504）;东莞理工学院城市学院“青年教师发展基金项目”（2017QJY007Z）资助

作者简介：田乐园（1981— ），男，硕士，讲师，主要从事印刷色彩复制方面的研究。