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6.6.3 CIE 1931 XYZ CIE XYZ系统是国际照明委员会定义的一种颜色空间。它的坐标有时也叫做CIE刺激值(tristimulus values)，表示三种基色的量(用百分比表示)，它们是想象的相加基色X，Y和Z。与RGB不同，XYZ颜色系统不是设备相关的颜色系统，而是设备无关的颜色系统，是根据视觉特性和使用颜色匹配实验结果定义的颜色系统。该颜色系统规定，X，Y和Z基色都是用正数去匹配所有的颜色，并且用Y值表示人眼对亮度(luminance)的响应。
从图6-10中可以看到，使用红、绿和蓝三基色系统匹配某些可见光谱颜色时，需要使用基色的负值，而且使用也不方便。由于任何一种基色系统都可以从一种系统转换到另一种系统，因此人们可以选择想要的任何一种基色系统，以避免出现负值，而且使用也方便。1931年国际照明委员会根据颜色科学家贾德(Judd)的建议，采用了一种新的颜色系统，叫做CIE XYZ系统。这个系统采用想象的X，Y和Z三种基色，它们与可见颜色不相应。CIE选择的X，Y和Z基色具有如下性质：
1) 所有的X，Y和Z值都是正的，匹配光谱颜色时不需要一种负值的基色。
2) 用Y值表示人眼对亮度(luminance)的响应。
3) 如同RGB模型，X，Y和Z是相加基色。因此，每一种颜色都可以表示成X，Y和Z的混合。
根据视觉的数学模型和颜色匹配实验结果，国际照明委员会制定了一个称为 “1931 CIE 标准观察者(1931 CIE Standard Observer)”的规范，实际上是用三条曲线表示的一套颜色匹配函数(color matching function)，因此许多文献中也称为“CIE 1931标准匹配函数(CIE 1931 Standard Color Matching Functions)”。在颜色匹配实验中，规定观察者的视野角度为 ，因此也称标准观察者的三基色刺激值(tristimulus values)曲线。
CIE 1931标准匹配函数如图6-11所示。图中的横坐标表示可见光谱的波长，纵坐标表示 和 基色的相对值。图中的 和 是颜色匹配系数，三条曲线表示和三基色刺激值如何组合以产生可见光谱中的所有颜色。例如，要匹配波长为450 nm的颜色(蓝/紫)，需要0.33单位的 基色，0.04单位的 基色和1.77单位的 基色。
图6-11 CIE 1931标准颜色匹配函数 和(1931 CIE 和基色)是和(1931 CIE 和基色)的线性组合。从RGB空间转换到XYZ空间时使用下式：
从XYZ空间转换到RGB空间时使用下式：
注意：最近几年，推出了新的转换系数，详见“第7章 颜色空间变换”。
与CIE RGB类似，CIE XYZ也有X，Y和Z三基色刺激值的概念。这个概念建筑在两种理论基础之上，一种是人的眼睛有红、绿和蓝三种感受器，另一种是所有颜色都被看成是三种基色混合而成的。根据普通人眼的颜色匹配能力，1931年国际照明委员会定义了一个标准观察者(Standard Observer)，其视野角或者叫做视场角(viewing angle)为2o。因此，和三基色刺激值就使用标准观察者的颜色匹配函数和实验数据进行计算。
计算得到的数值()可以用如图6-12所示的三维图表示。图6-12中只表示了从400 nm (紫色)到700 nm (红色)之间的三基色刺激值，而且所有数值都落在正XYZ象限的锥体内。从图6-12中可看到：
1) 所有的坐标轴都不在这个实心锥体内。
2) 相应于没有光照的黑色位于坐标的原点。
3) 曲线的边界代表纯光谱色的三基色刺激值，这个边界叫做光谱轨迹(spectral locus)。
4) 光谱轨迹上的波长是单一的，因此其数值表示可能达到的最大饱和度。
5) 所有的可见光都在锥体上。
图6-12 CIE 1931 XYZ颜色空间
(引自http://www./MVC//ITTI/Col/colour_announce.html) 如同RGB模型，在XYZ中任何一种颜色都可用三种基色单位表示，其配色方程就变成：
式中，表示颜色，和为三个基色单位；和均为正的基色系数；合成的颜色光的色度由和的比值确定。当时，合成白光，总的辐射能量＝。
测量光源的光谱和获得X, Y和Z三种基色值的过程是自动完成的。一种叫做分光辐射度计(spectroradiometer)的仪器测量每个波长间隔的明度，在仪器内部存储有每个波长间隔的标准观察者匹配函数值，通过微处理机计算后可直接读出X, Y和Z三种基色值。
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