CIE1964XYZ表色系統特點的研究

摘 要：本文主要內容是對CIE1964XYZ表色系統的特點進行研究。通過從顏色三屬性對比相同孟塞爾色塊在2°視場（CIE1931XYZ表色系統）和10°視場（CIE1964XYZ表色系統）下不同的計算結果，得出與CIE1931XYZ表色系統相比，CIE1964XYZ表色系統在顏色值計算方面的變化規律。

關鍵詞：色度學;CIE1964XYZ;視場角;顏色三屬性

1928—1929年萊特與吉爾德分別使用不同波長的三原色光在2°視場條件下對光譜色進行顏色匹配實驗，得到基于各自三原色的光譜色匹配函數。1931年CIE把紅綠藍三原色光的波長確定為700nm、546.1nm、435.8nm并確定三原色光單位，轉換萊特與吉爾德的光譜匹配函數得到“CIE1931RGB顏色匹配函數”。為了CIE色度系統不出現負的刺激值，CIE假想了三個原色X、Y、Z，重新計算顏色匹配數據，得到“CIE 1931顏色匹配函數”（CIE1931 CMF），建立CIE1931XYZ表色系統。

人眼觀察物體細節是的分辨力與觀察是的視場大小有關。實驗表明：人眼用小視場（﹤4°）觀察顏色時辨別差異的能力較低，當觀察視場從2°增大至10°時，顏色匹配的精度和辨別色差的能力都有提高;但視場再進一步增大時，則顏色匹配的精度提高就不大了。為了滿足大視場條件下顏色計算的問題，1964年CIE又補充規定了一種10°視場的表色系統，稱為CIE1964補充色度學系統。

本文針對相同的孟塞爾色塊，分別使用CIE1931XYZ表色系統與CIE1964XYZ表色系統分別計算這些孟塞爾色塊的Lab值?；诖薒ab值，從明度、色相、彩度三個方面對比CIE1931XYZ表色系統與CIE1964XYZ表色系統對顏色計算結果的不同影響。

1 實驗

1.1 實驗目的

（1）通過運用測色儀，比較大視場與小視場的明度之間的差異。

（2）通過彩度公式，分析大視場和小視場下彩度顯示的差異。

（3）通過色相角的公式，比較兩個視場間的顏色差異。

1.2 實驗儀器

（1）分光光度測色儀（型號;愛色麗SP60）。

（2）孟塞爾色譜。

1.3 孟塞爾色譜及Lab色彩模型介紹

（1）孟塞爾表色系統是由美國畫家孟塞爾在1915年創建的顏色立體模型方法表示的系統。孟塞爾顏色體是一個三維類似球體的模型，它可以將物體表面色的基本三屬性色相、明度、飽和度都表示出來。目前孟塞爾顏色系統已經在國家上被廣泛采用來作為分類和標定表面色的方法。在這個系統的顏色立體中，中央軸代表著明度，越靠近上方顏色的明度就越大;垂直于中心軸的圓平面周向代表顏色的色相;垂直于中央軸的圓平面上，距離中央軸越近的顏色彩度越小，反之越大。

在本文實驗中會運用到孟塞爾色譜，它是以顏色立體的垂直剖面為一頁一次列入。整個立體劃分成40個垂直剖面，圖冊一共有40頁。在同一頁面中包括同一色相的不同明度值、不同彩度值的色塊。在孟塞爾圖冊中，每一頁同一色相中縱軸自下而上，明度越來越大;橫軸自左向右，彩度越來越大。明度分為0～10共11個等級，理想白色為10，理想黑色為0。但是實際應用中理想黑色和理想白色是不存在的，因此只用1～9級。彩度表示顏色離開相同明度值灰色的程度。在孟塞爾圖冊中，從0～20之間，按等視覺原則劃分，相鄰色塊間的彩度相差為2，用2，4，6表示。

（2）L*a*b*色彩模型是1931年國際照明委員會制定顏色色度量國際標準的基礎上建立的。在1976年這個模型才被重新修訂和命名為CIE L*a*b*。這個模型是均勻的顏色空間，由CIEXYZ色度系統通過非線性轉換而來的，與設備無關的顏色模型。不管使用什么設備創建或輸出，這種顏色模型所產生的顏色都是不變的。

在CIE1976L*a*b*模型中，L*代表的是明度;+a*表示紅色，-a*表示綠色，+b*表示黃色，-b*表示藍色。在這個系統中任何一種顏色都是有a*b*的比例來決定的，在不同轉角方向代表了不同的色調，彩度的大小用距離白-黑軸的距離來決定，距離越遠彩度越高，顏色也越鮮艷。本文實驗中也同樣涉及彩度的計算，使用彩度的計算公式為C*ab=[（a*）2+（b*）2]1/2計算出結果。

色相是指人眼的三種感色視錐細胞受不同刺激后引起的不同顏色感覺。色相是表明不同波長的光刺激所引起的不同顏色心理反應。色相角表現為對象的坐標點與原點連接成的直線與a軸之間的夾角。色相角的公式為h*ab=arctanb*a*（弧度）=180πarctanb*a*（度）。

1.4 實驗步驟

（1）在孟塞爾色譜中選取十個色相分別是：5種原色，紅（R）、黃（Y）、綠（G）、藍（B）、紫（P）;5種間色，黃紅（YR）、綠黃（GY）、藍綠（BG）、紫藍（PB）、紅紫（RP）。

（2）在每個色相中分別選擇兩個相鄰的色塊，要求其明度相同，彩度不同;再選取兩個相鄰的色塊，要求其彩度相同，明度不同。另外，在十個色相中均選取一個明度和彩度都相同的色塊。

（3）將測色儀先進行校準，確定測量條件為D50光源，視場分別選擇2°和10°來進行測量。

（4）設置好測色儀后，開始測已選取好的孟塞爾色塊，將每個色塊的Lab值記錄下來。

（5）在2°視場（CIE1931XYZ表色系統數據）和10°視場（CIE1964XYZ表色系統數據）下測得的色塊的Lab值。通過測量得到的Lab值，計算得出該色塊的彩度值和色相角。實驗中色塊數據如下表所示。

通過對比可以發現，相同的色塊使用2°和10°視場數據計算色塊顏色值，結果并不相同。以5個主色為例，對數據進行一下說明：在色相5R同色塊中，2°視場的亮度較高一些，2°視場偏紅和偏黃，彩度較高;從色相角可以看出10°視場的偏紅。在色相5Y同色塊中，10°視場的亮度和彩度均較低，10°視場偏紅2°視場偏黃;從色相角中也可知道，2°視場偏黃。在色相5G同色塊中，兩個視場亮度相同，2°視場偏綠，10°視場偏黃，2°視場彩度偏高;色相角中，2°視場偏綠。在色相5B同色塊中，10°視場的亮度和彩度偏高，10°視場偏綠，2°視場偏藍;通過色相角可知2°視場偏藍。在色相5P同色塊中，10°視場的亮度較高，2°視場的彩度較高，2°視場的偏紅和偏藍;從色相角中可看出2°視場偏紅。

2 實驗結論

通過對表1中數據分析可以得出以下結論：

（1）在色相5R、5YR、5Y、5GY和5RP中2°視場所測得的色塊明度值較高;在色相5BG、5B、5PB、5P中10°視場所測得的明度值較高，但是兩個視場間的明度差值并不大。

（2）在所測得的十個色相中均是2°視場的彩度較高，兩視場彩度相差約0.3～4。

（3）通過觀察色相角，可以看出2°視場下色相角會超前于10°視場。

參考文獻：

[1]徐海松.顏色技術原理及在印染中的應用——CIE標準表色系統.2005.

[2]鄭元林，周世生.印刷色彩學.文化發展出版社，2013.

[3]劉浩學.CIE色度學系統在印刷中的應用.印刷質量與標準化，2004（05）.

基金項目：東莞市社會科技發展（一般）項目（2018 5071511504）;東莞理工學院城市學院“青年教師發展基金項目”（2017QJY007Z）資助

作者簡介：田樂園（1981— ），男，碩士，講師，主要從事印刷色彩復制方面的研究。