Systemy sterowania barwą opierają się na osiągnięciach wielu dziedzin nauki, spośród których jedną z najważniejszych jest barwometria. Dziedzina ta łącząc w sobie zdobycze matematyki, fizyki, psychologii i fizjologii ma na celu liczbowy opis wrażeń barwnych wywoływanych u przeciętnego człowieka. Bez zrozumienia podstawowych zagadnień związanych z barwometrią nie można zrozumieć procesów zachodzących we współczesnych systemach sterowania barwą.
Wrażenia barwne odbierane przez człowieka wywoływane są przez wąski zakres promieniowania elektromagnetycznego (o długościach od 380 do 770 nm) nazywany światłem. Bez docierającego do dna oka ludzkiego bodźca świetlnego nie można mówić o jakiejkolwiek barwie. Aby powstało wrażenie wzrokowe, promieniowanie świetlne musi zadziałać na materię (np. na substancje światłoczułe znajdujące się w receptorach siatkówki oka). Właśnie dzięki fizycznej interakcji energii świetlnej z materią oraz subiektywnemu odczuciu odbieramy barwy.
Występujące w przyrodzie substancje dzielimy na świecące samoistnie i nieświecące. Substancje świecące samoistnie emitują promieniowanie elektromagnetyczne w zakresie widzialnym, natomiast substancje nieświecące pochłaniają (częściowo lub całkowicie) promieniowanie w tym zakresie. Aby ocenić barwę przedmiotu nieświecącego (lub w ogóle go zauważyć) niezbędne jest jego oświetlenie promieniowaniem pochodzącym z pewnego źródła światła oraz umieszczenie go w polu widzenia człowieka. Na pierwszy rzut oka poprzednie zdanie wydaje się truizmem, lecz z punktu widzenia kolorysty jest podstawą właściwości świetlnych otaczającego nas świata. Barwa nie jest cechą samoistną materii, z której zbudowany jest obserwowany obiekt, lecz zależy także od promieniowania emitowanego przez źródło światła, właściwości geometrycznych rozchodzenia się promieniowania odbitego od obiektu, sposobu obserwacji i od samego obserwatora. Przedmioty, o których można powiedzieć, że są zielone po oświetleniu światłem białym odbijają tylko tę część promieniowania, która odpowiada zieleni, tzn. fale elektromagnetyczne ze środkowego zakresu widma widzialnego, natomiast pozostałą część pochłaniają. Podobnie przedmioty, które są czarne pochłaniają w równej mierze promieniowanie z zakresu całego widma widzialnego i po oświetleniu jakimkolwiek światłem odbijają je w bardzo niewielkiej ilości związanej z mocą promieniowania.
Wrażenie barwy i jej opis są związane zarówno z fizycznymi jak i fizjologicznymi aspektami. Mierzyć dają się tylko fizyczne aspekty barwy (związane z pojęciem barwy psychofizycznej). Wpływ mierzalnych parametrów promieniowania widzialnego i materii na wrażenia wywoływane u ludzi (barwa postrzegana) może być jedynie opisany w sposób przybliżony. Na przełomie kilkuset lat powstało wiele teorii opisujących proces widzenia barw przez człowieka i modeli służących do jego opisu. Najbardziej rozpowszechnionymi modelami obiektywnego opisu barw są przestrzenie kolorymetryczne proponowane na wielu zjazdach (począwszy od 1931 roku) Międzynarodowej Komisji Oświetleniowej CIE (Commision Internationale de l’Eclairage). Wszystkie propozycje CIE oparte są na pojęciu obserwatora kolorymetrycznego normalnego. Pojęcie to wykorzystywane jest również w fotometrii przy zamianie wielkości energetycznych na świetlne. W celu wyjaśnienia czym jest obserwator kolorymetryczny normalny wprowadzimy kilka dodatkowych pojęć.
Większość bodźców docierających do dna oka ludzkiego ma charakter promieniowania złożonego. Już w 1665 roku Isaac Newton udowodnił, że światło uznawane jako białe można rozszczepić (za pomocą pryzmatu lub siatki dyfrakcyjnej) na światła barwne, co dowodzi złożoności promieniowania białego (achromatycznego). Złożoność promieniowania świetlnego ocenia się na podstawie jego składu widmowego. W wielkim uproszczeniu można powiedzieć, że skład widmowy, bądź względny rozkład widmowy promieniowania jest cechą tego promieniowania, która informuje „ile” promieniowania prostego (monochromatycznego) o długości fali λ występuje w badanym promieniowaniu złożonym (polichromatycznym). Wspomnianą ilość wyraża się w jednostkach względnych lub bezwzględnych związanych z mocą promieniowania. Rozkłady widmowe promieniowań monochromatycznych (nazywanych inaczej barwami widmowymi) są funkcjami schodkowymi, które przyjmują stałą niezerową wartość na wąskim przedziale (o szerokości kilku nm (1nm = 10-9m)), a dla pozostałych długości fal przyjmują wartość zero. O podobnych rozkładach mówi się również, że mają charakter prążkowy.
Ponieważ w każdym promieniowaniu daje się ocenić udział promieniowania monochromatycznego (za pomocą pomiarów spektrofotometrycznych), więc natychmiast nasuwającym się pytaniem jest: Jak oko ludzkie reaguje na światła monochromatyczne o różnych barwach (czyli różnych długościach fal)? Odpowiedzi na to pytanie udziela względna widmowa skuteczność świetlna promieniowania równoenergetycznego V (patrz rysunek poniżej). Jest to funkcja, która w dużej części określa obserwatora kolorymetrycznego normalnego. W oparciu o jej wartości można porównać działanie różnych świateł monochromatycznych o takiej samej mocy promieniowania na zmysł wzroku ludzkiego. Można zatem określić tę funkcję mianem czułości widmowej oka ludzkiego. Funkcja ta jednak opisuje reakcję receptorów oka na promieniowanie monochromatyczne w ściśle określonych warunkach obserwacji. Warunki te, oprócz wartości numerycznych związanych z krzywą V, definiują obserwatora kolorymetrycznego normalnego.
Wykres względnej widmowej skuteczności świetlnej obserwatora kolorymetrycznego normalnego V.
Zostały one określone w taki sposób, aby zapewnić możliwie najbardziej obiektywną ocenę barwy. Przede wszystkim sprecyzowane zostało pole obserwacji. Ze względu na występujące w szerokim polu widzenia zjawiska uniemożliwiające obiektywną ocenę barwy (takie jak indukcja przestrzenna związana z takim zjawiskiem jak kontrast symultaniczny oraz indukcja czasowa) wybrano wąskie pole widzenia. Określa się je za pomocą tzw. rozwartości kątowej, i przy okazji obserwatora kolorymetrycznego normalnego ustala się tę wielkość na poziomie 2° (przy odległości 30 cm oka od obserwowanej powierzchni odpowiada ona kołu o średnicy 1.4 cm). W praktyce za wąskie pole widzenia uznaje się pole o rozwartości do 4° (przy wymienionych wcześniej warunkach obserwacji pole o średnicy do 2.1 cm). Innym parametrem precyzującym warunki obserwacji jest zapewnienie takich warunków oświetlenia obserwowanego pola, aby zapewnić działanie receptorów oka odpowiedzialnych za widzenie barwne (inaczej nazywane widzeniem dziennym lub fotopowym). Receptory te, zwane czopkami, działają od pewnego poziomu mocy promieniowania docierającego do dna oka.
Przy określeniu obserwatora kolorymetrycznego normalnego wzięto również pod uwagę pewien aspekt psychologiczny. Założono mianowicie, że oceniana jest jedynie tzw. barwa swobodna, czyli barwa nie związana z charakterem przedmiotu.
Obserwator kolorymetryczny jest podstawowym pojęciem współczesnej barwometrii. W następnych częściach artykułu zostaną opisane tzw. przestrzenie trójchromatyczne, w których w obiektywny sposób da się opisać każdą barwę psychofizyczną, czyli każdą barwę występującą w przyrodzie.
Góra strony | 
