色度图是什么？CIE1931色度图的特点

色度图，是CIE（国际照明委员会）为了直观展示色彩的关系，制定的一种描述色域范围的图像。其中，以1931年制定的CIE 1931最为广泛使用。那么，色度图是什么呢？本文简单介绍了色度图及CIE1931色度图。

色度图是什么

1. 色度图的原理

简单来说，色度图（Chromaticity Diagram）是一个用于表示颜色的图形工具，广泛应用于色彩科学、颜色测量、颜色标准化以及视觉艺术等多个领域。色度图通过二维平面上的点来表示颜色的属性，这些点通常代表不同波长或不同颜色混合物的视觉效果。通过对色度图的分析，人们可以直观地理解颜色之间的关系、色彩的纯度以及它们在视觉感知中的位置。

色度图通常基于人眼的颜色视觉特性来设计。人眼对颜色的感知是由视网膜上的三种类型的视锥细胞所决定的，它们分别对红、绿、蓝三种光波敏感。色度图通常以这两种或三种颜色为基础，通过数学变换将颜色的物理属性（如波长或光强度）转化为在二维平面上的位置。

2. 色度图的类型

① CIE 1931色度图：这是由国际照明委员会（CIE）于1931年制定的色度图，也是最为经典和广泛使用的色度图之一。它基于人眼的颜色视觉特性，将不同波长的单色光映射到二维平面上，从而提供了颜色之间相对位置的可视化表示。

② 均匀色度图：为了克服CIE 1931色度图在某些颜色区域的非均匀性，科学家们进一步开发了均匀色度图，如CIE 1960 UCS（均匀颜色空间）和CIE 1976 UCS（均匀色度空间）。这些色度图在色彩空间中提供了更加均匀的色彩分布，使得颜色的微小变化在图上能够得到更加准确的反映。

③ 其他特定应用的色度图：除了上述通用的色度图外，还有针对特定应用领域设计的色度图，如用于电视广播的NTSC色度图、用于数字摄影的sRGB色度图等。这些色度图往往根据特定设备的颜色再现特性或特定应用场景的需求进行优化。

3. 色度图的应用

① 颜色标准化：色度图是颜色标准化的重要工具。通过比较不同颜色在色度图上的位置，可以客观地评估它们的差异和相似性，从而为颜色质量控制和颜色匹配提供依据。

② 颜色测量：在颜色测量领域，色度图用于记录和分析样品的颜色特性。通过与标准色度图的比较，可以确定样品的颜色偏差和色域范围，从而指导生产和质量控制。

③ 颜色设计：在视觉艺术和设计领域，色度图被广泛应用于颜色方案的设计和选择。设计师可以通过观察色度图上的颜色分布和关系，选择出符合设计理念和审美需求的颜色组合。

④ 显示器校准：在显示技术中，色度图用于校准显示器的颜色表现。通过与标准色度图的比较，可以调整显示器的色彩参数，使其更准确地再现原始颜色。

CIE1931色度图

图中上半部分黑色曲线上的点为单色光，即单一频率的光（电磁波）的颜色，也就是彩虹的颜色。下半部分从蓝色到红色之间的连线将彩虹两端连接到一起，构成一个封闭区域。整个图像因形状类似马蹄，又被称为'马蹄图'。该图像有如下几个特点：

1. 图像所围成的区域覆盖了人眼所能分辨的所有颜色

2. 图像上每一个点唯一对应一个颜色，自然界中的每一个颜色都唯一对应图像上一个点

3. 图像上半部分黑色曲线上的点上的颜色可以由单频光（如激光、LED光等）得到其他位置的点必须由两种或两种以上单频光加和得到

4. 图像中间区域的曲线为黑体辐射颜色和温度关系的曲线（任何温度的物体都有辐射一定频率范围电磁波的能力，当温度足够高时，辐射出电磁波的频率分布也会足够高，变成可见光，从而有了颜色），这些电磁波均为复合光，这条曲线被称为'普朗克轨迹'。颜色变化大致为红->橙->黄>白->蓝（不经过绿色区域）。曲线上的温度又称'色温'，单位为开尔文（K），它与摄氏度（癈）之间的关系的是T（K）=t（'C）+273.15

5. 图像中央位置白色的部分称为白点该点在颜色校正中十分重要，因为白点决定了三原色的配比和白平衡。白点因显示设备的不同而不同，，但不会偏离图像的中间位置。白点所在位置数值称为该光源的色温。一般的显示器色温值为6500K，因为自然光，或者白纸的色温一般都在6500K左右。如果色温值偏离6500K，则白色会有色彩倾向。色温低于6500K时，白色会偏黄，称为’暖白'，高于6500K时，白色则会偏蓝，称为冷白'。总而言之，色温越低越暖，色温越高越冷。比如现在手机常见的'护眼模式的原理，就是将白点往黄色方向偏移，降低屏幕的色温，使得屏幕中对眼睛伤害更大的高频蓝光减少，变为更为柔和的米黄色，达到保护眼睛的效果（但不是每个人都喜欢这种黄黄的暖屏的）。

6. 在图像中任意选三个点，就得到了三原色，三个点围成一个三角形，就形成了一个色域。这三个点可以任意选取，但是为了追求更大的色域，通常将这三个点位置选在右下角，上方和左下角，而这三个区域对应的颜色为红色，绿色和蓝色，所以三原色一般为RGB。但是RGB的位置也不是唯一的一个点，而是一个范围，所以RGB也有不同的偏向。如蓝色（B）的选取位置，有的靠上，而有的靠下，如果B的位置靠上，那么蓝原色就是正蓝色，如果B的位置靠下，那么蓝原色就是偏紫的蓝色

7. CIE 1931色度图有一个很重要的性质，就是颜色合成的线性性质。两个颜色加和后的颜色，必然位于这两个颜色所在的两点连线上，所以三原色能够合成的颜色范围，必然位于三原色三个点围成的三角形内部及三边上

8. 若两个颜色对应的点与白点共线，且位于白点一侧，则这两个颜色的色相相同，只有纯度的区别。颜色离白点越近，饱和度（纯度）越低，离白点越远，饱和度（纯度）越高（即越鲜艳）。

9. 若两个颜色按照一定比例合成后能得到白色，那么这两个颜色称为'互补色'，更准确地说是'光学互补色'，以便和美术互补色区分开来。用红黄蓝RYB色相环（伊登色相环）代替RGB色相环。根据性质，互补色对应的两个点一定与白点共线，且这两点分居白点两侧。

10. 由于某一间色（三原色中任意两个颜色按最大值混合得到的颜色）与没有参与该间色的那一个原色合成后，三个颜色的值均会达到最大值，即形成了白色。因此这个间色和剩下的那个原色为光学互补色。因此三间色，实际上也是三原色的光学互补色，简称三补色。三间色（三补色）一定位于三原色与白点连线的延长线与三角形某一边的交点上。如果我们知道了三原色和白点的坐标，就可以利用解析几何知识推算出三间色的坐标。

11. 三原色和白点选取的不同，构成了各种不同的色彩空间和色域，它们有的有自己的名字，其中比较有代表性的是sRGB和Adobe RGB，而目前计算机、手机、平板等设备上最常用的色域就是sRGB色域，它是HP与微软于1996年开发的面向显示器、打印机、Web等的一种色彩空间。Adobe RGB则主要用于专业图像处理，它是Adobe于1998年开发的一种色彩空间，其色域比sRGB大。两者的主要区别在于绿原色的选取位置不同，Adobe RGB的绿原色比sRGB的更偏向左上角。