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Gli osservatori colorimetrici che si prendono in considerazione nella scienza del colore sono:

• osservatori reali (vedono dei colori ma non riescono a descriverli numericamente; possono dire se per loro sono uguali o diversi);
• sensori di strumenti e fotocamere (hanno determinate sensibilità spettrali e descrivono il colore mediante numeri RGB);
• osservatori standard CIE (1931, 1931 modificato e 1964, hanno determinate sensibilità spettrali, tipicamente diverse da quelli di strumenti e fotocamere, e descrivono la sensazione di colore mediante i valori di tristimolo XYZ e X’Y’Z’; sono usati per i calcoli colorimetrici);

Ogni osservatore colorimetrico è definito da proprie funzioni colorimetriche spettrali che determinano una ripartizione degli stimoli in classi di equivalenza (cioè un proprio metamerismo). L’insieme di queste classi di equivalenza (ognuna delle quali è costituita da un terna numerica) è uno spazio vettoriale (o lineare) di dimensione 3 sui numeri reali detto “spazio colore” o spazio del tristimolo di quell’osservatore, con un dato riferimento (cioè una data base dello spazio vettoriale).

Uno spazio vettoriale tridimensionale reale è un insieme di terne numeriche che possono essere addizionate tra di loro e moltiplicate per un numero reale in modo che siano soddisfatte alcune proprietà. Nello spazio del tristimolo l’addizione di una terna (P₁, D₁, T₁) con una terna (P₂, D₂, T₂) è definita come la terna (P₁+P₂, D₁+D₂, T₁+T₂). Le terne con significato fisico sono costituite da numeri positivi, ma non tutte le terne positive hanno un significato fisico.

Funzioni colorimetriche diverse possono essere “equivalenti” nel senso che la prima terna di funzioni è combinazione lineare delle seconda terna. In tal caso anche le ripartizioni in classi di metamerismo sono “equivalenti”, gli spazi colore sono identici e il secondo riferimento dello spazio si ottiene linearmente dal primo riferimento.

Funzioni colorimetriche diverse e non equivalenti implicano invece ripartizioni di classi di metamerismo essenzialmente diverse e queste implicano spazi colore diversi e non confrontabili (se non in modo approssimato).

In particolare per gli osservatori reali e standard CIE il riferimento fondamentale è il riferimento in cui le componenti di un vettore sono numeri proporzionali al numero di fotoni assorbiti dai tre tipi di coni nell’unità di tempo, cioè sono le attivazioni ai coni. Tutti gli altri riferimenti sono combinazione lineare di questo riferimento fondamentale.

La CIE ha definito tre osservatori standard, ognuno con diverse funzioni colorimetriche e quindi con un proprio metamerismo e un proprio spazio del tristimolo. Ogni spazio può avere diversi riferimenti.