Schon 1931 führte die Internationale Beleuchtungskommission CIE (International Commission on Illumination, Commission Internationale de l'Eclairage) mit dem CIE-XYZ-Farbraum einen international gültigen Standard zur Farbspezifikation ein, mit dem alle wahrnehmbaren Farben beschrieben werden können.

Bei Experimenten, in denen Anteile von Rot, Grün und Blau gemischt werden sollten, um eine vorgegebene Farbe zu erzeugen, fand man heraus, dass es notwendig ist, negative Beträge der Primärfarben hinzuzufügen, um manchen Farben zu entsprechen. Negative Werte werden zu der vorgegebenen Farbe addiert, eine Subtraktion bei der zu erzeugenden Farbe ist ja nicht möglich. Heute weiß man, dass die Reize der drei Zapfen nicht einfach als drei Farbreize verarbeitet werden, sondern komplexer kombiniert werden [s] .

Mit positiven (Rot, Grün, Blau)-Werten ist nur eine Teilmenge aller wahrnehmbaren Farben erzeugbar. Dieses Problem entsteht durch die Tatsache, dass das Ergebnis einer Mischung zweier Farben eine weniger gesättigte Farbe ist. Es ist unmöglich, eine Farbe mit hoher Sättigung durch Hinzufügen anderer Farben zu erzeugen. Jede Kombination der drei Grundfarben erzeugt einen Raum, außerhalb dessen bestimmte wahrnehmbare, hoch gesättigte Farben existieren. Daher wurden drei künstliche Grundfarben X, Y und Z und entsprechende Farbbeschreibungsfunktionen definiert, die die Farben Rot, Grün und Blau bei der Farbmischung ersetzen. Leider können diese Grundfarben nicht durch physikalische Lichtquellen realisiert werden [s] . Die Komponente Y wurde dabei so gewählt, dass diese der Helligkeitsempfindung des Auges entspricht. Die Variablen X und Z beinhalten sämtliche Farbinformation und definieren somit einen dreidimensionalen Farbraum. In diesem Kegelförmigen Bereich (die Spitze des Kegels ist im Ursprung, siehe Abbildung) sind alle sichtbaren Farben enthalten. [s]

Die Ebene X + Y + Z = 1 definiert alle sichtbaren Farbwerte des CIE-XYZ-Raums, wobei alle Farben des gleichen Farbtons aber unterschiedlicher Helligkeit auf einen Punkt auf der Ebene abgebildet werden. In anderen Worten nehmen wir eine Ebene des kegelförmigen Farbraums, die alle wahrnehmbaren Farben einer Helligkeitsstufe beinhaltet. Projiziert man die Ebene X + Y + Z = 1 auf die (X, Y) Ebene, so erhält man das CIE-Farbdiagramm(chromatisches Diagramm). Dieses Farbdiagramm ist eine Scheibe oder genauer gesagt eine Ebene des Kegels. Die zu 100 Prozent reinen Farben des Spektrums liegen auf dem gekrümmten Teil des Randes. Ein standardisiertes weißes Licht (es soll das Sonnenlicht approximieren) wird durch einen Punkt in der Mitte markiert (Illuminante C). Die Farben des Spektrums sind hufeisenförmig um den absoluten Weißpunkt, den so genannten Unbuntpunkt angeordnet. Nach außen nimmt der Sättigungsgrad oder die Buntheit der Farbe zu. Jeder Punkt des Diagramms stellt eine Farbart dar. [s]

Mit dem CIE-Farbdiagramm lässt sich die dominante Wellenlänge und Reinheit jeder Farbe messen. Jedoch kann man keine Aussagen über helligkeitsbezogene Farbempfindungen machen. So erscheint die Farbe Braun zum Beispiel nicht im Diagramm, da Braun einen orange-roten Farbwert bei sehr geringer Luminanz relativ zur Umgebung besitzt. Das CIE-Diagramm ist also keinesfalls eine vollständige Farbpalette. Es gibt unendlich viele Ebenen im (X, Y, Z)-Raum, die alle auf das Farbdiagramm projiziert werden. Bei diesem Vorgang gehen immer Informationen über die Luminanz verloren. Jede dieser Ebenen enthält andere Farben. Eine wichtige Verwendungsmöglichkeit des CIE-Farbdiagramms ist die Definition von Gamuts(Farbpaletten), die das Ergebnis der Addition von Farben zeigen. Zieht man eine Gerade von der Farbart I zu zur Farbart J, so lassen sich nur die Farben die auf dieser Gerade liegen, durch additive Farbmischung erzeugen, indem die relativen Anteile der beiden Farben variiert werden. Wird noch eine dritte Farbe K benutzt, so lässt sich durch Mischen mit den Farben I und J eine Palette mit allen Farben innerhalb des Dreiecks IJK erzeugen (siehe Abbildung). Komplementärfarbensind solche, die durch Mischung weißes Licht erzeugen, das heißt, ihre Verbindungslinie geht durch den weißen Punkt hindurch.

Dieses Prinzip macht auch deutlich, weshalb durch Mischen der sichtbaren Farben Rot, Grün und Blau nicht alle Farben erzeugt werden können. Es gibt nämlich kein Dreieck (Gamut), dessen Ecken innerhalb des sichtbaren Bereichs liegen und diesen vollständig abdecken. Die CIE-Tafel hat eine gewölbte Form, die mit keinem Dreieck abgedeckt werden kann. [s]

Der CIE-XYZ Farbraum ist mit physikalischen Lichtquellen nicht realisierbar und umständlich in der Handhabung. Ein weiter Schwachpunkt ist, dass das Modell nicht gleichmäßig in der Wahrnehmung ("perceptually uniform", linear) ist. Auch die FarbmodelleRGB,CMYKundHSVhaben diese Schwäche. Ein Modell welches "perceptually uniform" ist, würde bei der gleichen Änderung eines Parameters, die gleiche Veränderung in der Farbwahrnehmung produzieren, unabhängig davon, was die ursprüngliche Größe war. Wenn RGB linear wäre, so würde das Erhöhen der Rotkomponente von 1 auf 11 die gleiche Auswirkung in der auf die wahrgenommene Roterhöhung haben wie eine Änderung von 100 auf 110. Die Entfernung von zwei RGB Farben, die aufgrund ihrer RGB-Werte berechnet werden kann, gibt nicht unseren Grad der Unterscheidung wieder. Die Konsequenz: es ist schwierig, die nächste (passendste) Farbe für die Ersetzung zu finden, wenn ein Bild auf eine bestimmte Palette reduziert wird.

Viele Jahre lang hat die CIE versucht, ein in der Wahrnehmung lineares Modell zu entwickeln, aber ohne wirklichen Erfolg. Zwei Modelle, die beinahe linear sind, wurden 1976 vorgestellt. Das sind das L*a*b* und das L*u*v* (auch Lab und Luv, oder CIELAB und CIELUV genannt). In beiden Modellen ist L* eine gleichmäßige Helligkeit (Luminance), deren Wertbereich zwischen 0 und 100 liegt. Die zwei Chrominanzkomponenten werden entlang der Farbachsen a = Grün – Rot und b = Blau – Gelb organisiert. L*a*b* ist ein subtraktives Farbmodell, wie auch CMYK. Dieser Standard wird vielfach in der Druckindustrie verwendet.

L*u*v* ist ein sehr ähnliches Modell, bedient sich aber der additiven Farbmischung. Somit wird es als geräteunabhängiges Farbmodell für Monitore und Scanner eingesetzt. Da diese Modelle keinem leicht verständlichen Modell von Farbe entsprechen, werden sie direkt nicht verwendet. Trotzdem bilden sie die Basis für geräteunabhängige Farben und können als Referenz für Systeme dienen, sodass die Farben, die wir im Bild spezifizieren, auch so am Ausgabemedium erscheinen. [s] [s]