色差仪CIEXYZ颜色空间及X、Y、Z值的含义解析

色差仪作为颜色量化的精密仪器，其在测量颜色时，可以通过特定的颜色空间，将颜色信息量化。CIEXYZ颜色空间是色差仪中比较常用的一个颜色空间，对于该颜色空间表示的颜色信息，许多的用户不太了解。本文对色差仪CIEXYZ颜色空间及X、Y、Z值的含义做了介绍。

色差仪CIEXYZ颜色空间含义：

CIEXYZ颜色空间也称作CIE1931XYZ颜色空间，是CIE色彩空间中一个最先采用数学方法来定义颜色的标准空间，1931年国际照明委员会在进行了大量正常人视觉测量和统计建立了“标准色度观察者”，并通过对比计算机视觉系统和人眼视觉系统对颜色感知后建立的一套与人眼视觉感知光谱相一致的三原色颜色空间。

由于CIERGB颜色模型存在负波形现象，使得该颜色空间的表达与实际情况不相符，更不利于理解，在1931年国际照明委员会通过对颜色CIERGB系统的研究，改用三个假想原色X、Y、Z建立了CIEXYZ颜色系统，通过线性关系的映射使得CIEXYZ颜色空间的颜色比配光谱全部为正值。由于人类视觉能够响应不同波长范围的颜色，所有可视颜色的完整绘图是三维的，但由于人眼视觉对颜色的感知可分为两部分：明度和色度。例如，白色是明亮的颜色，而灰色被认为是不太亮的白色。换句说，可以理解为白色和灰色的色度一样，不同的只是明度。CIEXYZ颜色空间中Y参数表达的是颜色的明度或是亮度的测量，其色度是通过参数X和Y来确定，XYZ虽是由红绿蓝三原色转换而来的一种参数，但归根结底是三个假想色，没有太大的实际意义。

虽然CIEXYZ颜色空间是基于人眼的视觉感知建立的标准颜色空间，但其颜色空间中两种颜色的差别大小无法表达人眼对颜色差异的感知情况，所以该颜色空间无法模仿人眼视觉对颜色差别的感知，因而，无法采用该颜色空间将人眼视觉对色差的感知以数据形式准确表达。为此，CIE研究了其他标准颜色空间专门针对模拟人眼视觉对颜色感知差别的颜色空间，常见的就有CIELab颜色空间。

色差仪CIEXYZ颜色空间表述颜色信息的方法：

不同的人对颜色的感知判断略有不同，为对色度学中的评价标准有一个客观、理性的统一认识，国际照明委员会（CIE）于1931年通过对大量参与者进行颜色观察实验，定义了一个采用数学方式表达的色彩空间，即CIEXYZ色彩空间。

当我们需要用较为客观的方式来描述人眼对色彩的感知结果时，需要用到三色刺激值。具体的说，就是需要使用三种基本的颜色值，通过将三种基本颜色进行叠加，即可得到各种不同的颜色，通过不同的基色及基色间的组合方式就构成了色彩空间。在此，我们需要注意，三种基本的颜色并不一定是我们可以识别的真正的颜色，即可以是无法客观显示出来，但可以通过数学方式描述的。在此色彩空间，我们也可通过对三基色的不同叠加融合得到其他颜色。若人眼感知的实际颜色标准中的这种颜色和三种基色叠加得到的结果相同，则这三种基本颜色的不同比例值就是这种颜色的三色刺激值。在XYZ空间，用X、Y、Z来表示三色刺激值。

XYZ空间的三色刺激值并不是受人眼的对光的感受产生的值，而是从红、绿、蓝三种颜色色中导出的一组参数值，被规定成为三个值，这些值不是真的颜色，并使用CIE1931XYZ色彩匹配函数计算。这三种基色并不对应于任何一种具体的可见颜色，且我们可见的全部色彩均可表示成这三种基本色的线性函数组合。根据相关实验数据，CIE委员会在1931年规定了CIE1931XYZ色彩匹配函数，如下图所示。

CIEXYZ色彩空间是其他色彩空间的基础。在上图中，横向坐标代表光谱的波长，竖向坐标代表X、Y、Z的对应值，其中三条不同颜色的曲线表示X、Y、Z三色刺激值通过不同的函数组合方式可以产生可见光中的几乎所有颜色。

一般情况下，颜色信息是包含有两部分信息的：亮度信息和色度信息。例如，我们可以认为白色是比较明亮的颜色，而灰色则是不太明亮的白色，即我们认为白色和灰色的色度信息是一样的，只是亮度信息不一样。根据对XYZ空间中的规定，颜色的亮度信息用Y表示，色度信息则用x、y参量表示，x、y是用X、Y、Z为参量的计算结果，另一个结果z我们在这里不使用，如下式所示：