使用三刺激值來定量描述顏色是一種可行的方法。為了測得物體的三刺激值，需要研究人眼對顏色的感知特性，但是不同人的視覺特性有所差異，因此采用多人的平均值來代表人眼的平均視覺感知特性。很多人做過實驗，只是使用的三原色和確認三刺激值單位的方法不同導致數據無法統一。1931年CIE組織在萊特和吉爾德兩人的顏色匹配實驗基礎上，改變了三原色的波長并以相等數量的三原色匹配出等能白光的方式來確定三刺激值單位。三個實驗的差別如下表所示。

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1.CIE1931RGB色度系統

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2.CIE1931XYZ色度系統

CIE1931RGB會存在負值，用起來不方便也不易于理解，因此進行了數學轉換，用假想的三個原色XYZ代替了RGB系統的三原色并選擇匹配等能白光確定三刺激值的單位。

如何確定假想三原色XYZ？需要考慮的因素如下：

1. 要想消除負坐標值，必須使XYZ三原色包圍所有的顏色范圍；

2. 規定XZ兩個原色只代表色度，沒有亮度，全部亮度都由Y承擔；

3. 光譜軌跡曲線從540nm附近到700nm在r-g色坐標圖上近似一條135度的直線，直線上所有顏色都可以有這兩個單色光混合而成；

4. YZ邊與光譜軌跡上503nm的點的切線重合；

5. 以相等數量的三刺激值匹配等能白光來確定三刺激值單位；

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3.1931 CIE顏色系統

我們對物體產生某種顏色感覺，一方面決定于外界物體對人眼的物理刺激的特性，另一方面又決定于人眼處理刺激的視覺特性。但是最終對顏色的標定必須符合人眼的視覺規律，因此，進行色度學計算的基本數據都是根據許多觀察者的顏色視覺實驗得出來的結果。

1931 CIE-RGB顏色系統

根據三原色原理，理論上光譜上的各種顏色都可以有紅色R、綠色G、藍色B三種原色匹配產生。從而得到1931 CIE-RGB顏色系統，用來表示一個顏色C的方程式就是：

C=r（R ）+g（G ）+b（B ）

（1）r、g、b

r、g、b表示每種原色的比例系數：r+g+b=1

正因為r+g+b=1，所以只要其中兩個變量確定，第三個變量也隨之確定，例如r、g確定，b=1- r- g

（2） （R）、（G）、（B）是三原色單位

國際照明委員會（CIE ）規定紅R、綠G、藍B三原色光的波長分別為700nm、546.1nm、435.8nm。

在顏色匹配實驗中，當這三原色光的相對亮度比例為1.0000： 4.5907 ： 0.0601時就能匹等能白光，所以CIE選取這一比例作為紅、綠、藍三原色的單位量，即（R）、（G）、（B）= 1：1：1

盡管這時三原色光的亮度值并不相等，但CIE卻把每一原色的亮度值作為一單位看待，所以色光加色法中紅、綠、藍三原色光等比例混合（r=g=b=0.333）結果為白光 。

（3）、1931 CIE-RGB系統光譜三刺激值

CIE以317位正常視覺者，用CIE規定的紅、綠、藍三原色光，對等能光譜色從380~780nm所進行的專門性顏色混合匹配實驗得到的。

實驗時，與光譜每一波長為λ的等能光譜色對應的紅、綠、藍三原色數量，稱為光譜三刺激值 r(λ) 、g (λ) 、b (λ) 。光譜中不同波長的三刺激值如下圖：

值得注意的是，光譜三刺激值跟人眼明視覺光譜光視效率函數相同，所以在色度學的計算中代表觀察者的函數。以后會詳細介紹運用。

（4）1931 CIE-RGB系統色度圖

僅僅是光譜色，由此推廣到所有的顏色，如下色度圖：

橫坐標為r，縱坐標為g （先不管下圖紅色的xy軸）

注意：為什么r 值會出現負值？？？

根據加法混色原理，亮度是累加的，如果需要亮度比較低，就可能需要減少一些光，也就是負值了。

但是實際上使用起來負值很不方便，也很難理解。所以CIE采用了一個新的系統CIE-XYZ系統。

1931 CIE-XYZ顏色系統

X、Y、Z是三原色，是為了避免CIE-RGB系統中的三刺激值和色度坐標值出現負值而虛構出來的三原色，實際上是不存在的。作為三原色的紅色X、綠色Y、藍色Z轉化為觀察者感知的顏色如下圖：

同理任何一個顏色也可以表示為

（C）=x（X?）+y（Y?）+z（Z?）

其中：

小寫x代表紅色的比例

小寫 y代表綠色的比例

小寫 z代表藍色的比例

x+y+z=1

下圖就是著名的CIE1931色度圖（CIE xy色度圖）

光譜的紅色波段在圖的右下角，綠色波段在左上角，藍色波段在左下角。形成一個馬蹄形，馬蹄形邊上各點代表380nm（紫色）到780nm（紅色）之間所有的純色光。

而從紫色段端到紅色端的連接直線是光譜上沒有的紫紅色（purple）。

所以根據CIE1931色度圖（CIE xy色度圖），對于給定的x和y值，我們都能知道它所指定的唯一的顏色。

舉個例子

如下圖，C點是光源的白光點坐標，不同的光源下的坐標是不一樣的。（見附錄）

如果要知道A點代表上面顏色，首先從白點C點畫一條直線經過A點，并做延長線直到馬蹄形邊上的光譜軌跡形成的交點，即B點，B點所處的光譜就是A點顏色的就是主波長，即色相是黃綠色。而A點到白點C點的距離表示該顏色的飽和度，距離越遠飽和度越高，顏色越純。

同理可以分析圖上所標的其余點代表的顏色。

總結

1931 CIE-RGB顏色系統由于存在負值，導致使用的不方便，從而引入1931 CIE-XYZ顏色系統，并廣泛使用，是日后建立的量化視覺顏色，顏色測量及色差評定的基礎。