颜色三刺激值与光谱三刺激值怎么理解？它们有什么关系？

什么是颜色三刺激值？什么是光谱三刺激值？颜色三刺激值是指三色系统中，与待测色刺激达到色匹配所需的三种参照色标准量，而光谱三刺激值是指三色系统中，等能单色辐射的三刺激值。那么，颜色三刺激值与光谱三刺激值什么关系？本文对颜色三刺激值与光谱三刺激值的关系及颜色三刺激值的计算方法做了介绍。

什么是颜色三刺激值？

在颜色匹配实验中，与待测色达到色匹配时所需要的三原色的数量，称为三刺激值。也就是颜色匹配方程式中的R、G、B值。一种颜色与一组R、G、B数值相对应，颜色感觉可以通过三刺激值来定量表示。任意两种颜色只要R、G、B数量相同，颜色感觉就相同。

在色度学里，三刺激值的单位（R）、（G）、（B）不是用物理量为单位，而是选用色度学单位，亦称三T单位。它的确定方法是：选一特定白光（W）作为标准，在颜色匹配实验装置上用选定的三原色光（红、绿、蓝）相加混合与此白光（W）相匹配，达到匹配时，如测得所需要的三原色的光通量值（R）为lR流明：

（G）为lG明；（B）为lB流明，则将比值lR：lG：lB定为三刺激值的相对亮度单位，即色度学单位。例如，匹配FC流明的（C）光，需要FR流明（R），流明（G），流明（B），写出颜色方程为：

FC=FR（R）+FG（G）+FB（B）

此式中各单位是以l流明表示的。若用色度学单位表示则方程为：

C（C）=R（R）+G（G）+B（B）

式中C=R+G+B

R=FR/lR，G= FG/lG，B= FB/lB。

什么是光谱三刺激值？

在颜色匹配实验中，待测色光也可以是一种波长的单色光（亦称为光谱色），对应一种波长的单色光可以得到一组三刺激值 R、G、B。对不同波长的单色光做一系列类似的匹配实验，可以得到对应于各种波长单色光的三刺激值。如果将各单色光的辐射能量值都保持为相同（这样的光谱分布称为等能光谱）来做上述一系列实验，所得到的三刺激值成为光谱三刺激值，也就是匹配等能光谱色的三原色的数量，用符号r，g，b表示。光谱三刺激值有称为颜色匹配函数，它的数值只决定于人眼的视觉特性。匹配过程用方程表示：

任何颜色的光都可以看作是不同单色光混合而成的，所以光谱三刺激值能作为颜色色度计算的基础。

颜色三刺激值与光谱三刺激值的关系：

颜色三刺激值与光谱三刺激值两者都是影响视觉颜色的因素，它们之间有着密切的联系。颜色三刺激值（CIE三色系统）是颜色空间的一种抽象表示法，三色系统由红色、绿色和蓝色三种色度值经过一定的数学运算所得，它可以反映出一个具有独特色彩的颜色。而光谱三刺激值（RGB）是由光谱反射率函数经过一定的数学计算得到的，它可以把视觉颜色转换成用来显示在屏幕上的色彩。

这两者都是描述颜色的有效方式，但它们之间有着一定的差异。CIE三色系统是根据人类的视觉特性，把一个颜色抽象成一种三维的抽象数值，而RGB光谱三色系统是根据计算机和高端显示设备的技术特性，把一个颜色抽象成一种三维数值。CIE三色系统能够模拟出更多的色彩和色调；而 RGB三色系统则更容易用在计算机显示设备上，它可以更精准地模拟屏幕上的颜色。

因此，当我们想要非常准确地表示一种特定颜色时，则需要使用CIE三色系统与RGB三色系统。例如，计算机显示设备上的RGB颜色编码代表的颜色，实际上是由CIE三色系统数值转换而来的。因此，CIE三色系统和RGB三色系统之间的关系是：一种特定颜色可以通过CIE三色系统转换成RGB三色系统，而RGB三色系统也可以转换成CIE三色系统。

由于颜色表示法的差异，在处理视觉颜色时，必须确定使用哪一种来表示特定颜色。在许多视觉过程中使用CIE三色系统，因为它具有更大的灰度和色度特性，可以更精确地表示出各种深浅不同的色彩。而在使用计算机显示设备时，则需要使用RGB三色系统，因为它可以把视觉颜色转换成用来显示在屏幕上的色彩。

总的来说，CIE三色系统和RGB三色系统都是视觉颜色的有效表示方式，它们之间有着相互协作的关系，而使用哪一种表示法取决于应用场景。

颜色三刺激值计算方法：

根据CIE规定的色度系统，颜色的三刺激值可分为基于RGB色度系统的三刺激值与基于XYZ色度系统的三刺激值，RGB三刺激值主要表示数字设备上的颜色，实现像素点间颜色的构成，很少用于实际生产应用中颜色的测量及表述。而XYZ三刺激值多用于描述物体的真实颜色，在实际工业生产中，对于产品颜色参数的测量都基于XYZ三刺激值进行。

以CIE1964XYZ色度系统为基准，在4°～10°观测条件下，人眼感知到的颜色三刺激值计算公式如下式所示。

式中，φ（λ）代表为人眼视觉感知到的颜色光的相对光谱功率分布，x10，y10，z10为CIE1964XYZ光谱三刺激值。对于非发光物体而言，其相对光谱功率 φ（λ）的计算公式如下式所示。

式中S（λ）为照明光源相对光谱功率分布，ρ（λ）为待测物光谱反射比。

在实际应用的过程中对于颜色三刺激值计算式的使用一般采用近似求和的方式来计算，其计算过程如下式所示。

式中，k10为归一化系数，代表将测量所用标准光源三刺激值中Y的数值调整至100，其计算方法如下式所示。

式中，λ积分的范围一般为380-780nm的可见光。而在实际工业应用中，取400～700nm即可，对于△λ的选取，根据CIE标准测试实验，选择取样区间△λ为10nm时已能够给出较准确结果；若取样区间△λ为5nm，则在多数实际生产测量的环境下都能得到准确的测量结果。在得到颜色三刺激值后根据下式计算得到颜色色品坐标。