色度圖是什麽？CIE1931色度圖的特點

色度圖，是CIE（國際照明委員會）爲瞭直觀展示色彩的關系，制定的一種描述色域範圍的圖像。其中，以1931年制定的CIE 1931最爲廣泛使用。那麽，色度圖是什麽呢？本文簡單介紹瞭色度圖及CIE1931色度圖。

色度圖是什麽

1. 色度圖的原理

簡單來說，色度圖（Chromaticity Diagram）是一個用於(yú)表示顔色的圖形工具，廣泛應用於(yú)色彩科學、顔色測(cè)量、顔色标準化以及視覺藝術等多個領域。色度圖通過二維平面上的點來表示顔色的屬性，這些點通常代表不同波長或不同顔色混合物的視覺效果。通過對色度圖的分析，人們可以直觀地理解顔色之間的關系、色彩的純度以及它們在視覺感知中的位置。

色度圖通常基於(yú)人眼的顔色視覺特性來設計。人眼對顔色的感知是由視網膜上的三種類型的視錐細胞所決定的，它們分别對紅、綠、藍三種光波敏感。色度圖通常以這兩種或三種顔色爲基礎，通過數學變(biàn)換将顔色的物理屬性（如波長或光強度）轉化爲在二維平面上的位置
。

2. 色度圖的類型

① CIE 1931色度圖：這是由國際照明委員會（CIE）於(yú)1931年制定的色度圖，也是最爲經典和廣泛使用的色度圖之一。它基於(yú)人眼的顔色視覺特性，将不同波長的單色光映射到二維平面上，從而提供瞭(le)顔色之間相對位置的可視化表示。

② 均勻色度圖
：爲瞭(le)克服CIE 1931色度圖在某些顔色區域的非均勻性
，科學家們進一步開發瞭(le)均勻色度圖，如CIE 1960 UCS（均勻顔色空間）和CIE 1976 UCS（均勻色度空間）。這些色度圖在色彩空間中提供瞭(le)更加均勻的色彩分布，使得顔色的微小變化在圖上能夠得到更加準確(què)的反映。

③ 其他特定應用的色度圖：除瞭(le)上述通用的色度圖外，還有針對特定應用領域設計的色度圖，如用於(yú)電視廣播的NTSC色度圖、用於(yú)數字攝影的sRGB色度圖等。這些色度圖往往根據特定設備的顔色再現特性或特定應用場景的需求進行優化。

3. 色度圖的應用

① 顔色标準化
：色度圖是顔色标準化的重要工具。通過比較不同顔色在色度圖上的位置，可以客觀(guān)地評估它們的差異和相似性，從(cóng)而爲顔色質量控制和顔色匹配提供依據。

② 顔色測量：在顔色測量領域，色度圖用於(yú)記錄和分析樣品的顔色特性。通過與标準色度圖的比較，可以確(què)定樣品的顔色偏差和色域範圍，從而指導生産和質量控制。

③ 顔色設計：在視覺藝術和設計領域，色度圖被廣泛應用於(yú)顔色方案的設計和選擇。設計師可以通過觀察色度圖上的顔色分布和關(guān)系，選擇出符合設計理念和審美需求的顔色組合。

④ 顯示器校準：在顯示技術中，色度圖用於(yú)校準顯示器的顔色表現。通過與标準色度圖的比較，可以調整顯示器的色彩參數，使其更準確(què)地再現原始顔色。

CIE1931色度圖

圖中上半部分黑色曲線上的點爲單色光，即單一頻率的光（電磁波）的顔色，也就是彩虹的顔色。下半部分從藍色到紅色之間的連線将彩虹兩端連接到一起，構成一個封閉(bì)區域
。整個圖像因形狀類似馬蹄，又被稱(chēng)爲'馬蹄圖'。該圖像有如下幾個特點：

1. 圖像所圍成的區域覆蓋(gài)瞭(le)人眼所能分辨的所有顔色

2. 圖像上每一個點(diǎn)唯一對(duì)應一個顔色，自然界中的每一個顔色都唯一對(duì)應圖像上一個點(diǎn)

3. 圖像上半部分黑色曲線上的點(diǎn)上的顔色可以由單(dān)頻光（如激光、LED光等）得到其他位置的點(diǎn)必須由兩種或兩種以上單(dān)頻光加和得到

4. 圖像中間區域的曲線爲黑體輻射顔色和溫度關系的曲線（任何溫度的物體都有輻射一定頻率範圍電磁波的能力，當溫度足夠高時，輻射出電磁波的頻率分布也會足夠高，變(biàn)成可見光，從而有瞭(le)顔色），這些電磁波均爲複合光
，這條曲線被稱爲'普朗克軌迹'。顔色變(biàn)化大緻爲紅->橙->黃>白->藍（不經過綠色區域）。曲線上的溫度又稱'色溫'，單位爲開爾文（K），它與攝氏度（癈）之間的關系的是T（K）=t（'C）+273.15

5. 圖像中央位置白色的部分稱爲白點該點在顔色校正中十分重要，因爲白點決定瞭(le)三原色的配比和白平衡。白點因顯示設備的不同而不同，，但不會偏離圖像的中間位置。白點所在位置數值稱爲該光源的色溫。一般的顯示器色溫值爲6500K，因爲自然光，或者白紙的色溫一般都在6500K左右。如果色溫值偏離6500K，則白色會有色彩傾向。色溫低於(yú)6500K時，白色會偏黃，稱爲’暖白'，高於(yú)6500K時，白色則會偏藍，稱爲冷白'。總而言之，色溫越低越暖，色溫越高越冷。比如現在手機常見的'護眼模式的原理，就是将白點往黃色方向偏移，降低屏幕的色溫，使得屏幕中對眼睛傷害更大的高頻藍光減少，變爲更爲柔和的米黃色，達到保護眼睛的效果（但不是每個人都喜歡這種黃黃的暖屏的）。

6. 在圖像中任意選三個點(diǎn)，就得到瞭(le)三原色，三個點(diǎn)圍成一個三角形，就形成瞭(le)一個色域。這三個點(diǎn)可以任意選取，但是爲瞭(le)追求更大的色域
，通常将這三個點(diǎn)位置選在右下角，上方和左下角，而這三個區域對應的顔色爲紅色，綠色和藍色，所以三原色一般爲RGB。但是RGB的位置也不是唯一的一個點(diǎn)，而是一個範圍，所以RGB也有不同的偏向。如藍色（B）的選取位置，有的靠上，而有的靠下，如果B的位置靠上，那麽藍原色就是正藍色，如果B的位置靠下，那麽藍原色就是偏紫的藍色

7. CIE 1931色度圖有一個很重要的性質，就是顔色合成的線性性質。兩個顔色加和後的顔色，必然位於(yú)這兩個顔色所在的兩點連線上，所以三原色能夠合成的顔色範圍，必然位於(yú)三原色三個點圍成的三角形内部及三邊(biān)上

8. 若兩個顔色對應的點與白點共線，且位於(yú)白點一側，則這兩個顔色的色相相同，隻有純度的區别。顔色離白點越近，飽(bǎo)和度（純度）越低，離白點越遠，飽(bǎo)和度（純度）越高（即越鮮豔）。

9. 若兩個顔色按照一定比例合成後能得到白色，那麽這兩個顔色稱爲'互補(bǔ)色'，更準確(què)地說是'光學互補(bǔ)色'，以便和美術互補(bǔ)色區分開來
。用紅黃藍RYB色相環（伊登色相環）代替RGB色相環。根據性質，互補(bǔ)色對應的兩個點一定與白點共線，且這兩點分居白點兩側。

10. 由於(yú)某一間色（三原色中任意兩個顔色按最大值混合得到的顔色）與沒有參與該間色的那一個原色合成後，三個顔色的值均會達到最大值，即形成瞭(le)白色。因此這個間色和剩下的那個原色爲光學互補色。因此三間色，實際上也是三原色的光學互補色，簡稱三補色。三間色（三補色）一定位於(yú)三原色與白點連線的延長線與三角形某一邊的交點上。如果我們知道瞭(le)三原色和白點的坐标，就可以利用解析幾何知識推算出三間色的坐标。

11. 三原色和白點選取的不同，構成瞭(le)各種不同的色彩空間和色域，它們有的有自己的名字，其中比較有代表性的是sRGB和Adobe RGB，而目前計算機、手機、平闆等設備上最常用的色域就是sRGB色域，它是HP與微軟於(yú)1996年開發的面向顯示器、打印機、Web等的一種色彩空間。Adobe RGB則主要用於(yú)專業圖像處理，它是Adobe於(yú)1998年開發的一種色彩空間，其色域比sRGB大。兩者的主要區别在於(yú)綠原色的選取位置不同，Adobe RGB的綠原色比sRGB的更偏向左上角。