色差儀是以色度學(xué)為基礎(chǔ)研發(fā)的光電測(cè)色儀器，因此其需要滿足色度學(xué)相關(guān)色度系統(tǒng)的技術(shù)要求。另外，色差儀在測(cè)色時(shí)，是在特定的顏色空間下對(duì)顏色進(jìn)行定量的描述，并用數(shù)字的形式表示出來(lái)。本文對(duì)色差儀常用色度系統(tǒng)及顏色空間做了介紹。

色差儀CIE1931XYZ標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)：

在使用CIE1931RGB色度系統(tǒng)計(jì)算顏色的三刺激值時(shí)會(huì)出現(xiàn)負(fù)值，這樣給數(shù)據(jù)處理帶來(lái)了不便。因此1931年CIE推薦了一種新的顏色系統(tǒng)，即CIE1931XYZ色度系統(tǒng)，該系統(tǒng)也稱為“2°視場(chǎng)XYZ色度系統(tǒng)”，可用于1～4°視場(chǎng)的顏色測(cè)量，對(duì)于極小視場(chǎng)的顏色觀察無(wú)效，對(duì)于大于4°視場(chǎng)的顏色測(cè)量，則應(yīng)使用CIE1964XYZ標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)。

CIE1931XYZ色度系統(tǒng)通過(guò)選擇合適的三原色，使其光譜三刺激值x（λ）、y（λ）和z（λ）均不為負(fù)數(shù)，并且Y值表示人眼對(duì)亮度的響應(yīng)。三刺激值X、X、Z及其相應(yīng)色品坐標(biāo)x、y、z的計(jì)算方法分別：

式中，φ（λ）是光源發(fā)出的光源色或光源經(jīng)物體反射或透射后的物體色進(jìn)入人眼的光譜能量分布，稱為顏色刺激函數(shù)；x（λ）、y（λ）和z（λ）是CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)的光譜三刺激值，其數(shù)據(jù)可通過(guò)查表得到；k為相應(yīng)的歸一化系數(shù)。

CIE1931XYZ標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)是在廣泛的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上評(píng)價(jià)的人眼響應(yīng)，是國(guó)際上顏色測(cè)量和表征的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，是幾乎一切顏色計(jì)算和顏色測(cè)量?jī)x器設(shè)計(jì)、制造的基本理論依據(jù)。

色差儀CIE1964XYZ標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)：

由于CIE1931XYZ標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)對(duì)應(yīng)于2°視場(chǎng)的中央視覺(jué)觀察條件，多年的應(yīng)用實(shí)踐也表明CIE1931XYZ標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)適用于1°～4°視場(chǎng)。當(dāng)視場(chǎng)增大到4°以上時(shí)，在人眼視網(wǎng)膜上的成像面積超過(guò)了中央凹范圍，桿體細(xì)胞也會(huì)參與到視覺(jué)感知中，使顏色的感知產(chǎn)生了一定的變化。為了適應(yīng)大視場(chǎng)顏色觀察和測(cè)量的需要，CIE依據(jù)研究者在 10°視場(chǎng)條件下獲得的兩組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，于1964年推薦了一組用于大視場(chǎng)觀察條件的CIE1964標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者光譜三刺激值曲線，即CIE1964XYZ標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)，其三刺激值X10、Y10、Z10和色品坐標(biāo)X10、Y10、Z10的計(jì)算方程分別為：

式中，φ（λ）為相應(yīng)的光譜能量分布，x10（λ）、y10（λ）和z10（λ）是CIE1964標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)的光譜三刺激值，k10為歸一化系數(shù)。

色差儀CIE1976L*a*b*均勻顏色空間：

雖然CIE1931XYZ標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)至今仍在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，促進(jìn)了顏色科學(xué)和相關(guān)產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步和發(fā)展。但是，在實(shí)際應(yīng)用中還是不斷地發(fā)現(xiàn)了一些不足之處。首先，CIE1931xy色品圖具有明顯的視覺(jué)非均勻性，就是不同色區(qū)中的顏色感知差異容限大小并不相同。其次，相應(yīng)的色度數(shù)值不能用于表述直觀的視覺(jué)感受量。因此，為了實(shí)現(xiàn)以維度相互垂直的坐標(biāo)系統(tǒng)來(lái)表述色度參數(shù)并體現(xiàn)出明度、彩度和色調(diào)等顏色的主要視覺(jué)屬性的目標(biāo)，CIE在1976年推薦了CIE1976L*a*b*顏色空間，也稱為CIELAB顏色空間，以便于更客觀準(zhǔn)確地測(cè)量和評(píng)價(jià)顏色的差別。CIELAB顏色空間為直角坐標(biāo)系，由表示明度的L*和表示色品坐標(biāo)的a*、b*所組成，其計(jì)算公式為：

式中，X、Y、Z為顏色樣品的三刺激值，Xn、Yn、Zn為CIE標(biāo)準(zhǔn)照明體照射在完全漫反射體上后反射到觀察者眼中的三刺激值，其中Yn=100。當(dāng)顏色樣品的觀察視角小于4°視場(chǎng)時(shí)，應(yīng)采用CIE1931XYZ標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)；而當(dāng)顏色樣品的觀察視角大于4°視場(chǎng)時(shí)，則采用 CIE1964XYZ標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)。

在CIELAB顏色空間中，有一組與心理量近似對(duì)應(yīng)的感知屬性，即明度L*、彩度C*ab和色調(diào)角hab。顏色樣品的明度L*與CIELAB空間中的明度指數(shù)L*是一致的。彩度C*ab則是在CIELAB空間的等明度面上，顏色樣品的色品坐標(biāo)（a*，b*）到坐標(biāo)原點(diǎn)的距離。利用下式可以分別算出顏色樣品在CIELAB均勻顏色空間中的彩度和色調(diào)角：

并規(guī)定，當(dāng)a*＞0且b*＞0時(shí)，0＜°hab＜90°；當(dāng)a*＜0且b*＞0時(shí)，90°＜hab＜180°；當(dāng)a*＞0且b*＜0時(shí)，180°＜hab＜270°；當(dāng)a*＞0且b*＜0時(shí)，270°＜hab＜360°。在等明度的a*～b*平面上，+a*為紅色方向（值越大則對(duì)應(yīng)的顏色越紅），-a*為綠色方向（值越小則對(duì)應(yīng)的顏色越綠），+b*為黃色方向（值越大則對(duì)應(yīng)的顏色越黃），-b*為藍(lán)色方向（值越小則對(duì)應(yīng)顏色越藍(lán)）。