CIE图是什么？CIE图的结构和特点

CIE色度图是国际照明委员会(CIE)制定的用于科学描述和量化颜色的重要工具，它基于人类视觉特性，将复杂的颜色感知转化为可测量的数学模型。那么，CIE图是什么？本文简单介绍了CIE图的结构和特点。

一、CIE色度图的定义与历史背景

CIE色度图全称为"国际照明委员会色度图"，是1931年由国际照明委员会基于大量颜色匹配实验数据开发的颜色表示系统。这一系统源于解决RGB模型存在的根本缺陷——当使用红(R)、绿(G)、蓝(B)三原色匹配某些光谱色时，部分颜色需要"负值"的光才能完成匹配，这在实际应用中无法实现。CIE通过数学转换，创造了由虚拟三原色X、Y、Z构成的XYZ颜色空间，其中Y同时代表亮度，X和Z则调整为不存在的虚拟颜色，确保所有真实颜色都能用正值表示。

这一系统随后被简化为二维的xyY色度图，其中x和y代表色度坐标(由X、Y、Z通过x=X/(X+Y+Z)和y=Y/(X+Y+Z)计算得出)，Y保留为亮度参数。这种分离表示法使颜色的色度特征能够直观地在平面上展示，同时保留了亮度信息。CIE色度图的诞生标志着颜色描述从主观经验转向客观科学的重大突破，为后续色彩科学的发展奠定了基础。

二、CIE色度图的结构组成

CIE色度图具有独特的结构特征，这些结构元素共同构成了完整的颜色表示系统：

光谱轨迹与紫色线：CIE色度图的轮廓呈马蹄形(或称舌形)，其外围曲线称为"光谱轨迹"，代表了380nm(紫色)到780nm(红色)的单色光位置，每个点对应特定波长的纯光谱色，是饱和度最高的颜色。连接380nm和780nm的直线称为"紫色线"或"紫红线"，代表非光谱色——这些颜色在自然界中不存在对应的单一波长，只能通过混合短波和长波光获得。

白点与黑体轨迹：色度图中心区域代表白色，常见白点包括E点(等能白光，坐标x=0.3333，y=0.3333)和C点(模拟中午阳光，色温6774K)。图中还有一条横跨白区向下弯曲的"黑体轨迹"(普朗克轨迹)，标示了黑体在不同温度下发光时对应的色度坐标，用于定义光源的色温。例如2856K对应白炽灯光(A光源)，5000K-6500K对应日光(D50、D65)。

色域表示原理：色度图中任意两点连线上的颜色可由这两点代表的颜色混合而成；三个颜色点构成的三角形区域内的所有颜色都可由这三原色混合产生，这个三角形称为"色域"。实际显示设备的色域(如sRGB、Adobe RGB)就是以特定RGB三原色坐标为顶点形成的三角形区域。

麦克亚当椭圆：散布在色度图上的一系列椭圆区域，表示人眼无法区分的颜色变化范围(JND，恰可察觉差异)。椭圆大小和方向各异，表明人眼对不同颜色区域的敏感度不同——蓝紫色区椭圆较小(辨色灵敏)，绿色区椭圆较大(辨色迟钝)。

三、CIE色度图的核心特点

CIE色度图作为颜色科学的基石工具，具有以下显著特点：

设备无关性：与传统RGB系统不同，CIE色度图基于人类视觉的平均特性而非具体设备，实现了颜色的绝对定义。这使得不同设备、材料上的颜色能够客观比较，解决了跨媒体色彩交流的标准化问题。

色度与亮度分离：xyY系统将颜色信息分解为色度坐标(x,y)和亮度(Y)，使二维色度图能专注于表示色调和饱和度。这种分离符合人类视觉对颜色属性的感知方式，但同时也意味着色度图无法单独表示明度变化——黑色、灰色与白色在图中位置相同。

颜色计算功能：通过几何关系可进行多种实用计算：(1)确定主波长：从白点通过目标颜色点作直线交于光谱轨迹，交点波长即为主波长；(2)求补色：连接光谱色点与白点并延长至对侧，交点即为补色；(3)计算饱和度：目标点与白点的距离占该方向总长度的比例；(4)预测混合色：两种颜色混合后的色度点必位于两者连线上。

感知非均匀性：CIE 1931色度图的一个主要缺陷是颜色空间的感知不均匀性——图上相同的几何距离在不同区域对应的人眼感知差异不同。为此CIE后续推出了1960 UCS图和1976 u'v'图等改进版本，通过坐标变换使色度图更符合人眼的均匀感知特性。

应用广泛性：CIE色度图被广泛应用于：(1)定义和校准各类色域标准(如sRGB、Adobe RGB)；(2)评估显示设备的色彩表现；(3)测量光源的色温和显色性；(4)工业色彩质量控制；(5)科学研究中的颜色标定等。它不仅是颜色科学的理论基础，也是色彩工程实践的核心工具。

色差评估、工业色彩控制

CIE色度图作为现代色彩管理的基石，虽然存在感知不均匀等局限，但其科学价值和实用意义无可替代。理解CIE色度图的结构与特点，不仅有助于掌握颜色科学的基本原理，也能为跨领域的色彩应用提供理论支撑和技术指导。随着色彩科学的不断发展，基于CIE体系的改进模型将继续推动颜色技术在各个领域的创新应用。