11.CIE如何模拟人眼看颜色的三种视锥细胞《颜色-不是你想象的那样（第二版）》
前面介绍了颜色感知三要素（光源、物体和观察者）以及他们的一些特征，如，物体的光谱反射率曲线，光源的光谱能量分布曲线，还有人眼的三种视锥细胞。前两个要素（光源和物体的性质）都可以量化，如果我们要量化颜色，将颜色数据化，还需要设计一个设备来模拟人眼三种视锥细胞，将颜色转化为三种数据（比如红、绿、蓝的比例），目前主流使用的是CIE颜色体系。从这里开始介绍CIE颜色体系的发展过程。
CIE，国际照明委员会（英语：International Commission on illumination，法语：Commission Internationale de l´Eclairage，采用法语简称为CIE [1] ）是由国际照明工程领域中光源制造、照明设计和光辐射计量测试机构组成的非政府间多学科的世界性学术组织，是技术、科学、文化方面的非营利组织。
——百度百科
本文介绍1931 CIE 颜色系统（CIE 1931 color space）：
1931 CIE-RGB颜色系统
1931 CIE-XYZ颜色系统
我们对物体产生某种颜色感觉，一方面决定于外界物体对人眼的物理刺激的特性，另一方面又决定于人眼处理刺激的视觉特性。但是最终对颜色的标定必须符合人眼的视觉规律，因此，进行色度学计算的基本数据都是根据许多观察者的颜色视觉实验得出来的结果。
1931 CIE-RGB颜色系统
根据三原色原理，理论上光谱上的各种颜色都可以有红色R、绿色G、蓝色B三种原色匹配产生。从而得到1931 CIE-RGB颜色系统，用来表示一个颜色C的方程式就是：
C=r（R ）+g（G ）+b（B ）
其中，r、g、b表示每种原色的比例系数：r+g+b=1
正因为r+g+b=1，所以只要其中两个变量确定，第三个变量也随之确定，例如r、g确定，b=1- r- g
（R）、（G）、（B）是三原色单位。
国际照明委员会（CIE ）规定红R、绿G、蓝B三原色光的波长分别为700nm、546.1nm、435.8nm。（当然这样规定是经过很多人的研究）
在颜色匹配实验中，当这三原色光的相对亮度比例为1.0000：4.5907 ：0.0601时就能匹等能白光，所以CIE选取这一比例作为红、绿、蓝三原色的单位量，即（R）、（G）、（B）= 1：1：1
尽管这时三原色光的亮度值并不相等，但CIE却把每一原色的亮度值作为一单位看待，所以色光加色法中红、绿、蓝三原色光等比例混合（r=g=b=0.333）结果为白光 。
CIE以317位正常视觉者，用CIE规定的红、绿、蓝三原色光，对等能光谱色从380~780nm所进行的专门性颜色混合匹配实验得到的。
颜色混合匹配实验
实验时，与光谱每一波长为λ的等能光谱色对应的红、绿、蓝三原色数量，称为光谱三刺激值 r(λ) 、g (λ) 、b (λ) 。光谱中不同波长的三刺激值如下图：
1931 CIE-RGB系统标准色度观察者光谱三刺激值曲线
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上图中，横坐标代表要匹配的颜色，纵坐标代表的是，要匹配横坐标的颜色需要红绿蓝的比例。
其实，不仅仅是光谱色，还由此推广到所有的颜色，如下色度图：
1931 CIE-RGB系统色度图
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横坐标为r，纵坐标为g （先不管下图红色的xy轴）
注意：为什么r 值会出现负值？？？
根据加法混色原理，亮度是累加的，如果需要亮度比较低，就可能需要减少一些光，也就是负值了。
但是实际上使用起来负值很不方便，也很难理解。所以CIE采用了一个新的系统CIE-XYZ系统。
1931 CIE-XYZ颜色系统
X、Y、Z是三原色，是为了避免CIE-RGB系统中的三刺激值和色度坐标值出现负值而虚构出来的三原色，实际上是不存在的。作为三原色的红色X、绿色Y、蓝色Z转化为观察者感知的颜色如下图：
1931 CIE-XYZ系统标准色度观察者光谱三刺激值曲线
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同理任何一个颜色也可以表示为：
（C）=x（X ）+y（Y ）+z（Z ）
其中：
小写x代表红色的比例
小写 y代表绿色的比例
小写 z代表蓝色的比例
x+y+z=1
下图就是著名的CIE1931色度图（CIE xy色度图）
1931 CIE-XYZ系统色度图
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光谱的红色波段在图的右下角，绿色波段在左上角，蓝色波段在左下角。形成一个马蹄形，马蹄形边上各点代表380nm（紫色）到780nm（红色）之间所有的纯色光。而从紫色段端到红色端的连接直线是光谱上没有的紫红色（purple）。
所以根据CIE1931色度图（CIE xy色度图），对于给定的x和y值，我们都能知道它所指定的唯一的颜色。
举个例子
如下图，C点是光源的白光点坐标（0.333,0.333）【不同光源的白点坐标不同，详细见文末附录】。
如果要知道A点代表上面颜色，首先从白点C点画一条直线经过A点，并做延长线直到马蹄形边上的光谱轨迹形成的交点，即B点，B点所处的光谱就是A点颜色的就是主波长，即色相是黄绿色。而A点到白点C点的距离表示该颜色的饱和度，距离越远饱和度越高，颜色越纯。
同理可以分析图上所标的其余点代表的颜色。
附录：不同光源的白点坐标
知识账本
1931 CIE-RGB颜色系统由于存在负值，导致使用的不方便，从而引入1931 CIE-XYZ颜色系统，并广泛使用，是日后建立的量化视觉颜色，颜色测量及色差评定的基础。