RYBとはなにか

RYB

加法混色と減法混色

原色

原色はどれでもいいのか

３つの色が独立さえしていれば原色はどれでもいい。ただし減法混色ではRYBよりもCMYのほうが原色によって作り出せる色の数が多い。加法混色ではCMYよりもRGBのほうが作り出せる色の数が多い。したがってより広い色域をもちうるような原色が選ばれる。プリンターではCMY(K)が、ディスプレイではRGBの三原色が採用されている。なぜRYBというある意味劣った三原色を今まで採用していたのか、未だに採用しているケースがあるのかをこれから説明します。

RGB

CMY

RYBが使われてきた歴史

昔はシアンやマゼンタの色を作ることが難しかった

RYBは絵画で長い間使われてきた3つの原色です。この三色を使ってアーティストはさまざまな色を混色して生み出し、絵に利用してきました。

ジェームズガーニーによれば「アーティストたちは、一般的に、赤、黃、青の三色を基本色とみなしています。しかし、ギリシャやローマの時代からルネッサンス期にかけては、多くの人が、緑を加えるべきだと考えていました。（中略）絵の具のチューブを目の前に並べ、『原色』と聞いて思い浮かべる色を三色選ばせたら、ほとんどの人が、カドミウムレッド、カドミウムイエロー、ウルトラマリンブルーあたりを選ぶのではないでしょう^*2。」といっています。

私の小学生時代の記憶はあまり定かではないですが、三原色は赤、緑、青というイメージでした。黄色は赤と緑を混ぜて作るものだと当時の私は思っていました。というより三原色に関する知識がほぼなかったといえます。減法混色の原理からしても赤と緑を混ぜて黄色ができることはないはずです。なぜなら減法混色は混ぜ合わせると明るさが低くなるものであり、黄色は赤や緑よりも明るい色だからです。

軽く「小学校　三原色」で検索しても「赤、黄、青」が出てくるページがある^*3*4ので三原色を赤、黄、青とする文化は日本にもあるのかもしれません。どう考えても純粋な青と黄色を混ぜても緑は作れず灰色になるはずです。赤と青でマゼンタになるとも思えません。

絵具における明度と彩度の関係(赤い絵具はなぜ赤いのか、白色はなぜ明度が高いのか)

結論から言えば絵の具の青や黄色、赤は純粋な青や赤ではないのです。どちらかといえば青はシアン、赤はマゼンタに近い色ということです。もし仮に青い絵の具が黄色のみ(黄色の波長)を吸収する物質であれば、補色を失った青色のみが反射されて我々の目には青色にしか見えなくなります。また黄色も同様に青色のみを吸収する物質であれば、補色を失った黄色のみが反射されて我々の目には黄色にしか見えなくなります。さてこの純粋な青い絵の具と黄色い絵の具を混ぜると、青の光と黄色の光が混ざることになります。青と黄は補色の関係にありますのでお互いに打ち消しあい、灰色に近い色になるということです。どうやっても緑色にはなりません。

一方でシアン(緑青)とイエローを混ぜると緑色になります。シアンは橙を吸収する絵の具で、イエローは青を吸収する絵の具です。したがって緑青と黄色の光が我々の目に届くことになりますが、青と黄色は補色なので打ち消され、緑だけが残り緑色に見えることになります。

*2

 

*1

このような原理を考えると、昔から言われていた「赤、黄、青」の三原色はマゼンタ、イエロー、シアンに近いものだったといえます。実際にウルトラマリンブルーの分光反射率を調べると青色の波長だけを反射していない(黄色の波長だけを吸収していない)ことがわかります。もちろん青を多く反射していますが、同時に緑や赤もわずかに反射しているのいです。つまり青い絵の具は黄色だけを吸収する物質ではなく、緑や赤、赤紫といった他の色もわずかに吸収する物質だということです。

さてこうした青色が黄色と混ざるとどうなるでしょうか。単純化するためにウルトラマリンブルーが黄色と赤紫を吸収する物質だとします。つまり青色と緑を反射する物質だということです。その物質と黄色い絵の具が混ざれば青色と黄色が補色により打ち消され、緑色が残りますよね。これがウルトラマリンブルーとカドミウムイエローを混ぜて緑に見える理由です。純粋な青い絵の具を作ることは難しいのです。実際はシアンに近い青色なのです。同様に赤色もマゼンタに近い赤色なのです。

ジェームズガーニーによればシアン、マゼンタ、イエローの原色に一致する化学顔料が出現したのは比較的最近であり、また現在においてもアーティストが求めるあらゆる特性を備えた顔料は見つかっていないそうです*2。原色に近いCMYとしてはフタロシアニン、キナクリドンマゼンタ、カドミウムイエローライトなどが挙げられるそうです。小学生がこの絵具を使っているとはとても思えませんね。同様に純粋な青、純粋な赤といった顔料を作ることは難しく、また一般的な絵の具ではないのです。したがって青と黄色を混ぜても鮮やかな緑色にはなりません。緑を使いたければ混ぜるのではなく最初から緑の絵の具をつかうべきという話になります。なのでギリシャの人たちは赤、黃、青に緑を加えるべきだといったのでしょう。

昔はシアンやマゼンタに近い色の顔料を化学的に作ることができず、また自然から採取することも難しく高級だったらしいです。貝紫色といわれる色は貝の分泌物を染料にしたのですがとても貴重だったそうです。日本でも紫系の色は高貴な色として扱われて庶民は使えませんでしたよね。

ある意味で当時の赤や青は劣ったマゼンタ、劣ったシアンのような色だったといえます。たとえばシアンは理想的な反射をいえば青と緑を同じくらい反射したときの色です。それに対して昔の青色の絵の具はは青をたくさん反射して、緑もすこし反射するような色です。青と緑青の中間のような色だったといえます。

RYBですべての色が表現できるという誤った考え

WIKIによれば１７世紀後半にアイザック・ニュートンがプリズムにより太陽光を分光させてスペクトルを取り出す実験の影響が強いとあります*5。ニュートンは1675年の論文でプリズムから赤、橙、黄、緑、青、藍、菫という7色にわけました。シアンやマゼンタをあまり考慮していないイメージがあります。もちろん彼は色相が無数にあることを知っていました。恣意的に選択した7色です。当時はシアンやマゼンタの原色をつくるのは難しかったので青と黄色で緑を作り、赤と黄色で橙をつくるといったことをしていき赤、黄色、青を三原色とするのは当時の必然的な流れだったのかもしれません。

WIKIには厳しく「赤・黄色・青の三色の混合では他のすべての色を作ることはできないという多くの反証があったにもかかわらずこの理論はドグマと化し、今日にまでこの考えは残っている。赤・黄色・青の三色を原色として使った場合の色域は比較的小さなものとなり、なかでも鮮やかな緑・シアン・マゼンタを作ることが困難という問題があった*5。」とあります。ドグマとは偏見的な説ということです。

実際にシアンやマゼンタに近い化学合成で作られた顔料が存在する現代で、赤、黄色、青が三原色をするのはすこし無理があるような気がします。言葉の慣れとか言ってないでシアン、マゼンタ、イエローを色材の三原色として広めていく必要があると思います。青、黄色、赤が三原色だと教えているくせに実際の絵の具の青はシアンに近いという誤解を生み出しやすい構造は個人的に嫌いです。教育的にもあまりよくないと思います。

光の三原色は赤，青，緑であり，色の三原色は 赤，青，黄色である，とよく言われる。しかしここで言 う赤と赤，青と青は互いに同じ色ではない。別々に見せられると，どちらも赤であり，また青であるが，同時に見せられて比較すれぱその違いは容易に分かる。工業的にはこれらを区別するため，光の三原色におげる赤と青とをそれぞれマゼンタおよびシアンと呼んでいる。更に言えぱ，色の三原色における青はむしろ青紫に近い。即ち極く大ざっぱに言って，人間の目に見える光の波長域 400nm～750nmを3等分して，短波長域の成分の多い色が青（正確にはウルトラマリンブルー）であり，中波長域の成分の多い色が緑であり，長波長域の成分の多い色が赤である。そして，白色すなわち全波長域の成分 をもつ色から短波長域の成分の欠げた色が黄色であり，
白色から中波長域の成分の欠けた色がマゼンタであり， 白色から長波長域の成分の欠けた色がシアンである。このように理解して初めて加法混色や減法混色，更には分割混色と云った概念が統一的に理解できるのである。小学校の児童にマゼンタやシアンといった難しい名前を教 える必要はないと思うが，少なくとも，色の三原色は 赤，青，黄色である等と云った誤解を生みやすい表現で は教えないようにしたいものである。そして中学校でははっきりと二つの赤と青を区別して教える必要があろう*6。

「絵具の色に関する一考察」という島根大学の論文なのですが、私の言いたいことを簡潔に言ってくれています。

重要なのは色光の赤と青と色材(絵具)の赤と青は別だと考えることです。絵具の赤や青は色光のように純粋ではないのです。絵具の青は短波長だけではなく中波長や高波長も反射する物体です。色光の青は短波長のみの光です。混同するのはよくありませんし、混同の原因は色材の三原色を青、黄、赤と教えてしまうことにもあるのです。青＝シアンだというのも間違いで、実際は青紫に近いそうです。

RYBの考えでデジタルで絵具感覚で絵を描く危うさ

デジタルペイントは一般的にRGBやHSVで色を決めます。もし青色を使いたいとしたらRGB比を0:0:255にする人がいると思います。これは色光的には正しい青です。短波長のみの光を擬似的に表現しているからです。しかしこれを絵具の青色だと思ったら大間違いです。たしかにデジタルペイントソフトは物体色的に描くことができます。青と黄色を混ぜればグレーになるのです。混ぜれば混ぜるほど黒くなります。加法混色の場合は白くなりますが、デジタルペイントソフトでは擬似的に減法混色ができるのです。

当然RGB：0:0:255と255:255:0を混ぜても緑色にはなりません。灰色になります。絵具の感覚で使いたいならウルトラマリンブルーのような絵具を一度RGB比などで変換する必要があり、その場合はRGB(sRGB表示)比が56:77:152といったいろになります。我々が思っている青は0:0:255ですが、実際はシアンや紫に近い色だということが数値でもわかります。赤や緑も反射している絵具なのです。

絵具を数値に換算したカラーパレットは探せばあると思うのでそちらを基準に考えたほうがいいかもしれませんね。あるいは自分でRGB比をいじって理想的な絵具を作っていくことが重要になります。

RYBのせいで補色がややこしい問題

色光と色材の違い

*3

RYBが三原色だと長い間考えられてきた影響でカラーホイールもRYBを正三角形としたものとして構成されています。当然ですがこのカラーホイールにおいて黄色の補色は紫になり、青の補色はオレンジになります。RYBがもはや正しい理論ではないと感じている私にとってこの補色関係が正しいとはどうしても思えません。

波長と色の関係(日立さんのサイトを参考に)

色光の世界では黄色の補色は青色です。ただ色材の世界では色光のような純粋な青色を反射できる物質がまだ存在していないので補色はすこし変わるというのは理解できます。たとえば色光の世界において橙色の補色は緑青(シアン)です。もし絵具の青色が実態としてはシアンに近いとするならば補色が橙色になるというのは理論的には理解できます。「青って言っちゃったけど実際はシアンに近いから補色は黄色じゃなくて橙色になっちゃうよね－」というわけです。実態としては正しいけど名前としては不適切という珍妙な状況です。

紫の補色とは

吸収光の色と観察される色の関係

色光の世界では紫の補色が何色になるのか皆さんご存知でしょうか。私は知りませんでした色光としての紫の補色は「緑黃」みたいですね。つまり理想的な紫色の絵具は緑黃の光の波長を吸収する物質だということです。本来補色が黄緑のはずなのに黄色にズレてしまっているということです。原因はおそらく黄色の絵具の反射率にあると思います。

*4

カドミウムイエローミディアムという黄色い絵具の分光反射率を見てみます。青をかなり吸収していますよね。黄色の補色は青色なので青色を吸収するのは当然です。青色の波長を吸収すればするほど黄色の波長をよく反射するという関係です。580-595nmあたりの黄色はかなり反射率が高いですよね。しかし問題が発生しています。青緑(490-500nm)あたりの波長や他の色もかなり吸収しています。したがって緑が残ってしまい、緑みの黄色の色が反射してしまうのではないかということです。赤色もだいぶ反射していますが光として考えると赤色と緑色が合わさると黄色になるので物質としては黄色に見えます。

黄色の補色は本来青であるはずなのに紫になっている原因がこれでわかったはずです。黄色い絵具といっておきながら実質的には緑黃に近い色だということです。紫の補色は緑黃なので、緑黃の補色は紫ということになります。カドミウムイエローのRGB比を検索するとRGB:250:198:30と出てきます。理想的な黄色は255:255:0なのでだいぶ開きがありますね。

このように考えるとやはり色光の補色と色材の補色が異なる原因は色材を作るのは難しいというところに行き着くのだと思います。色光のように純粋に黄色い波長だけを返す、つまり青色だけを吸収するような絵具をつくるのは現在の科学技術では難しいということです。化学合成で理想的な黄色が作られるようになってきましたが、それもまだまだといったところらしいですね。ジェームズガーニーは理想に”近い”色材としてカドミウムイエローライト(PY３５)、キナクリドンマゼンタ(PR 122)、フタロシアン(PB17)を挙げています*2。

ジェームズガーニーによる補色の説明

補色とは

ジェームズガーニーは顔料と混色の世界では、補色の組み合わせといえば黄と紫、赤と緑、青とオレンジ*2 などといっています。また補色と混ぜ合わせると固有の色相をもたないニュートラルグレーになるといっています。たしかに減法混色では補色と混ぜ合わせるとグレーになります。

一方で「残像と視覚の領域では色の組み合わせは若干異なり、青の補色は黄色でオレンジではない*2」といっています。

残像とは

たとえば赤を見た後に白紙に目を移すと残像として青緑が見えます。赤を見た後に黄色をみると、赤の補色である青緑が残像として残るので黄緑に見えます。

有彩色を観察した場合はもとの刺激の色相と補色関係にある色相が現れます*7。しかし鮮明な色ではなく質感異なり、空の青のような面色的な性質を帯びているそうです７。またどうして補色残像が現れるかはよくわかってないそうです。一定の色を観察している間に目はその色に順応して感受性は低下しますが、元の色と補色関係にある色の感受性は低下することなく保持されるので均衡が取れなくなり補色残像が現れるという疲労説という説明が一般的にはされているようです*7。

正直ガーニーのいう青色が具体的にどういった分光反射率をもった青色なのかはっきりしていないのでわかりません。もし分光反射率が青色に関する短波長のみなら補色は黄色になるはずです。理想的な青の絵具なら補色はオレンジではなく青色です。しかし実際の絵具はシアンに近い、あるいは青紫に近い分光反射率を持っているのでオレンジが補色になってしまうというわけです。シアンに近い色の青い絵具の補色残像がオレンジではなく黄色になる論拠がよくわかりません。翻訳のミスなのかガーニーのミスなのか私のミスリーディングなのかわかりませんが、理想的な青色の場合の補色は黄色、残像も黄色です。非理想的な現実の青色の絵具の補色はオレンジ、残像もオレンジのはずです。実際はシアンや青紫なのにも関わらず人間が青と思い込むことで補色も黄色に感じてしまうといった知覚的なメカニズムが働いているのかもしれませんが、そういった文献を見たことはありません。

おそらくですがガーニーの言いたかったことは色光においては青の補色は黄色になるが、色材においては青の補色はオレンジになるよといったことだと思います。あるいは反対色の対応である赤-緑、青-黄色といった色チャンネルを意図したのかもしれません。あるいは物理的補色と生理的補色を区別して、残像によってみえる補色を生理的補色として区別したかったのかもしれません。

　

色彩環において対になっている色を、我々の目が実際に対として捉えていることを、ゲーテは残像の実験によって確かめる。白紙の上に色を付けた紙片を置いてそれをじっと見つめる。しばらくしてから色付きの紙片を取り去ると、白紙の上に紙片の色とは違う色の残像が浮かび上がる。その残像の色こそ対になっている色である。即ち赤は緑、黄は紫、青は橙の残像を出現させるのである。ここにも対立する色が呼び求め合う働き、分極性が見出される。色彩は静止したものではなく、それ自身の内部に力を有して運動するものであり、動きもその色単独のものではなく、他の色と結びついた動きであるというこの考え方は色を有機的・生命的に捉えたものだと言える。

*8

あるいはゲーテの色彩論の中にある残像補色を根拠としているのかもしれません。ですがゲーテが確認に使った黄色の色材は黄色の波長のみを反射するような色材ではなく、実際は緑黃色だと思うので特に反証にはなっていません。現代ですら難しい黄色の色材が当時あったとは考えられません。

残像補色に関するメカニズムはまだ勉強不足なので判断を保留とします。

ジェームズガーニーによるRYBに代わる新しい色相環

yurmbyカラーホイール

*5

英語圏の人の場合は語呂合わせで覚えるためにYURMBYにしたのだと思います。「You Ride My Bus, Cousin Gus(従兄弟のガス(おそらく名前)に私のバスに乗れと言っているのだと思います。)」詳細は不明です。日本語の語呂だと「入れまぶし具」とかになるんでしょうか(適当)。とにかく12時にイエロー右回りにレッド、マゼンタ、ブルーシアン、グリーンとくると覚えておけばOKです。向かい合う色が補色になっていることも忘れずに覚えておきましょう。YRMBCGの６色を等しく原色として考えるそうです*２。

吸収光の色と観察される色の関係

この色相環の補色は色光の補色と一致します。ただし現在の色材の補色とは正確に一致しない場合もあるので気をつけてください。

RYBカラーホイールの問題点(従来のカラーホイールの問題点)

１：赤と黄と青は固定的な原色ではない

赤と黄と青が固定的な原色ではない理由としてジェームズガーニーは「グラデーション状のカラーホイールの外側に無限に並んでいる色相は、どれも原色と言うことができるのです(74P)。」とあります。

どれでも原色と呼ぶことができるなら青と黃と青でもいい気がしますが、それにこだわる必要はないということでしょう。アーティストが赤、黄、青に慣れ親しんできたからといって固定する必要はないのです。写真や印刷の際の混色によって彩度の高い色を一番幅広く作れる(＝色域が広くなる)のは今ではシアン、マゼンタ、イエローの三色と言われていますがCMYの原色に一致する化学顔料が出現したのも比較的最近らしいです。そうした理由から赤、黃、青を原色とする期間が長かったのだといえます。

２：色相はどれももともと存在するものであって二次色あるいは他の色の合成によるものではない

わかるようでわからないですよね。もともと顔料は花や虫、貝をすりつぶして顔料にしていました。今のように化学的に絵の具がつくられていたわけではないのです。したがって黄色の花と青の花をすりつぶして合わせて緑になるかというとそううまくはいかないのです。緑の花をすりつぶしたほうがいい色になるのです。そういった意味ではたしかに色相はどれももともと存在するもので二次色ではないということができます。

色光的な話でいうと白色光をスペクトルで分けると虹のような色ができますが、そのひとつひとつにわかれた色は単色光といい色相に相当します。たとえば黄色の波長は580nm前後といわれます。この波長が人間の視細胞の中にある赤錐体と緑錐体を同時に刺激して黄色に見えるという仕組みです。つまり黄色の光は青色の光と緑色の光が合わさった二次的な光の波長ではなく、もともと一次的な黄の波長というものが存在しているのです。しかし人間の錐体は赤錐体、緑錐体、青錐体と３つの錐体しかなく、黄の錐体というのがないので結果として青色の波長と緑色の波長を混色させた合成光と黄色の単色光の区別が付きません。

こうした人間の視細胞の仕組みを考えて作られたものが色光の三原色であり、赤緑青なのです。そして加法混色の原理によりそれぞれからつくられる色、青+緑＝シアン、赤＋青＝マゼンタ、赤＋緑＝イエローというわけです。それ以外の組み合わせをすると補色により色が白くなってしまうので必然的にこの３つになります。CMYの場合はYは青を吸収し、マゼンタは緑を吸収するので赤が残ります。つまりRGB-B-G=Rと減法混色されていくのです。同じようにYとCで緑が残り、CとMで青が残ります。他の組み合わせでは補色となり色が黒くなってしまうので必然的にこのRGBの３つとなります。

このように考えていくと正三角形とその間に入る色が決まってくるはずです。基本的にジェームズガーニーは物体色である絵の具を念頭においていると思うのでYMCが正三角形の位置に入り、その減法混色から得られるRGBが間にはいるということです。黄色と青と赤に固定する理由がなければ、より合理的な色を配置するというのは理解できます。

ただ色相環である以上は対する色が補色関係にある必要はあると思います。従来のカラーホイールでは黄色の補色が紫、yurmbyカラーホイールでは黄色の補色が青でした。これはかなり大きな違いだと思います。その問題は絵具の限界として理解できます。YMCの色、とくにマゼンタやシアンの顔料を作るのは難しいので、青や赤で代替していたということです。ここでいう青や赤は色光のような純粋なものではなく、シアンや青紫に近い青、赤紫に近い赤です。もし理想的なシアンやマゼンタ、イエローの顔料が存在するとすればカラーホイールはジェームズガーニーのようなホイールになります。

３：RYBカラーホイールは色と色の間隔が均等ではない

*7

ジェームズガーニーの本には「スペクトルの黃ーオレンジー赤の部分を引き伸ばし過ぎているので、赤が２時ではなくて４時、青が６時ではなくて８時の位置にきてしまっています。このような不均衡が起こった原因としては、人間の目は他の色よりも黃、オレンジ、赤の微妙な違いを認識しやすいということ、そして寒色よりも暖色の顔料のほうが多いことが挙げられます。オレンジや赤の顔料は何種類も手に入るのに、紫や緑となるとほとんどてにはいりません*2」とあります。

たしかに黄色とオレンジの間、オレンジと赤の間に色を挟むことによってずれてしまっていますね。そのせいでシアンのような色がYRBから消えてしまっています。暖色系が多くて寒色系が少ないです。色と色の間隔が均等ではないと問題が生じますよね。

引き伸ばしてしまうから本来的な補色がズレてしまうんですね。

マンセル表色系との類似性

*6

どちらかといえばマンセルの色相環に近い気がします。マンセルにおいても基本はシアン、マゼンタ、イエローを正三角形の位置においているからです。

補足

色相(しきそう,英:hue)：色みの種類を表す尺度を色相という。色の知覚は分光感度が異なる３つの錐体がそれぞれ反応することで生じる。色の種類はスペクトル上の可視放射と、その両端にある赤と藍を混色して得られる色に対応する。色相変化を円環状に並べたものを色相環(hue circle)という*1。

波長と色相の関係

波長と色の関係(日立さんのサイトを参考に)

WIKIの波長と色相

上の２つを見比べても違うのがわかります。紫みの青も青に含める考え方もあるのです。pBもBとして扱うケースです。そもそも波長を何色と定義するかは文化や用途によっても違います。

参考文献

１：「色彩用語辞典」日本色彩学会(東京大学出版会)

２：「カラー&ライト」ジェームズガーニー(ボーンデジタルインク)

3：https://blog.goo.ne.jp/toyomina-ele/e/2c1b5fc33f9e21d9fc55891b02ab7787

4：https://allabout.co.jp/gm/gc/448315/

５：https://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%8E%9F%E8%89%B2

６：https://ir.lib.shimane-u.ac.jp/ja/2785

７：「色彩学概説」千々岩英彰(東京大学出版会)

８：https://ja.wikipedia.org/wiki/%E8%89%B2%E5%BD%A9%E8%AB%96

引用画像

１：https://www.tobunken.go.jp/~ccr/pdf/41/pdf/04112.pdf

２：https://phenomenon-of-light.jp/page2.html

３：https://mypaintingclub.com/blog/post/39-The-Gamut-Mask-Tool

4：https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1710/1710.06364.pdf

５：https://１：https://jamesgurney.com/site/images/teaching-images

６：https://www.google.com/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&ved=2ahUKEwilrb6a4PjjAhVRNKYKHVTOAesQjRx6BAgBEAQ&url=https%3A%2F%2Fwww.pinterest.com%2Fpin%2F398287160765945005%2F&psig=AOvVaw1rqqqwP6FC2JUvjGUNJPDT&ust=1565541903270878

７：https://sighack.com/post/procedural-color-algorithms-hsb-vs-ryb

プルキンエ現象の定義

昼間同じ明るさに見えた赤い花と青い花が夕暮れや夜間になると、青色の花がより明るく、赤い花は暗闇にかすむように暗く見えます。発見者の名前（チェコの解剖学者・生理学者であるヨハネス・プルキンエ）にちなんでつけられました*1。

プルキンエ現象の色相の変化(プルキンエシフト)

桿体と錐体、明所視、暗所視、薄明視とプルキンエ現象との関連性

各定義

説明

プルキンエシフトは錐体(すいたい)と桿体(かんたい)の違いによって起こる現象です。桿体は暗いところで働く細胞で、錐体は明るいところで働く細胞です。桿体は暗いところで働く細胞です。明るいときに見えていた色は錐体細胞が働いているのですが、暗くなるにつれて桿体細胞の働きが強くなります。錐体細胞と桿体細胞はどの波長をどのくらい吸収するのかといった分光感度が異なるので色相の変化を感じます。これが錐体と桿体を通したプルキンエ現象の理解です。

*1

ざっくりいえば錐体は明所視、桿体は暗所視と分けられますが、その中間に薄明視というものがあります。中くらいの明るさでは桿体と錐体が両方働いているのです。桿体だけだとほとんど色を感じないので、錐体も少しは働いていないと色の変化(シフト)を大きく感じることができません。

上の図でいうところの明所視では明暗だけがわずかにわかる状態なので色はわかりません。したがって錐体と桿体が重なっている範囲の薄明視の範囲で主にシフトが起こるのだと思います。もちろん月明かりや星あかりの明るさによっては明暗だけではなく色がわかる場合もあります。

波長と色の関係(日立さんのサイトを参考に)

*1

上の左下のグラフを見てください。S,M,Lはそれぞれ青錐体、緑錐体、赤錐体です。縦軸のabsorbanceは分光吸収度を示し、横軸のwavelengthは波長の長さを示します。S錐体は青色系、M錐体は緑系、L錐体は赤系の波長を一番吸収しています。桿体の曲線がありますが、500nmあたりを一番吸収し、600nmあたりはほとんど吸収していません。500nmあたりは色でいうと青緑です。青がおよそ435nmから480nm、緑青が489-490nm、青緑が490nm-500nm、緑が500-580nmあたりまでを多く桿体は光の波長を吸収しているといえます。黄緑から橙にかけて吸収率は低く、赤に関してはほとんど吸収していません。

つまり桿体は青から緑にかけての光をよく吸収し、黄緑から橙にかけての光はすこししか吸収せず、赤に限ってはほとんど吸収していないということができます。もし錐体の働きが弱まり、桿体の働きが強まると赤系の吸収が弱まり、青系の吸収が強まるというのは納得です。明所視では桿体はほとんど反応せず、暗所視では桿体は明暗だけで色を感じないので、やはり錐体と桿体が両方働く薄明視において錐体の働きが弱まり桿体の働きが強まることによって青系の色の吸収が高まり赤系の吸収が低まるといえます。

薄明視では照度が下がるにしたがって徐々に色が薄くなり、暗所視では完全に色覚を失い白黒の世界になるようです*4。夕方程度でも薄明視の範囲内^*4なので意外と明るいときでも桿体は働き始めているようです。たとえば影になっている部分は青が明るく見え、赤が暗く見えるといった現象も場合によっては考えられると思います。

*２

一番上の黒い曲線が桿体、その下の黒い曲線が三種類の錐体をつなけたものです。縦軸は相対感度、横軸は波長数です。この図は桿体系と錐体系の光覚閾値測定による分光感度の図です。錐体より桿体のほうが感度が高いことがわかります。しかし長波長領域あたり（550nm-750nm）に限っていえば錐体と桿体は同じくらいの感度を持っていることがわかります。

上の図の点線はそれぞれの曲線のピークを示しています。桿体の曲線は500nmあたりにピークがあり、錐体の曲線は570nmあたりにピークがあります。ただし錐体のピークは緑錐体と赤錐体を合わせたものであります。つまり570nmの波長の刺激を受けると緑錐体と赤錐体が両方反応するということです。黄緑に近い反応をします。

桿体は青に近い波長に錐体が強く反応し、錐体は赤や黄緑に近い波長に錐体が強く反応するということです。この違いがいわゆるプルキンエシフトを引き起こします。明所視では赤や黄緑が相対的に明るく見えたのに、薄明視では青や紫が相対的に明るく見えるようになるのです。薄明視では錐体と桿体が両方働いているのでプルキンエシフトが起きます。昼間にほぼ同じ明るさに見える赤い花と青花が、夕方になって薄明視の下でみると赤い花は黒っぽく、青い花のほうが明るく見えるのはこのためです^*4。

プルキンエ現象と比視感度曲線

各定義

明所視における分光視感効率

*3

上の図は明所視における標準分光視感効率です。縦軸は相対感度、横軸は波長数です。人間が明所視において一番明るく感じる波長は550nm近くにあります。分類にもよりますが黄緑に近い波長です。同じ光の強さでも青より赤、赤より緑、緑より黄緑といったように人間の知覚的な明るさに関する感度は違うということです。明所視においては主に錐体のみが働いていて、桿体は働いていません。

一番明るく感じる550nmあたりの波長を1として正規化したものが上の図です。紫から青（400-500nmくらい)は0から0.2と黄緑の1/5程度しか明るさを感じないということです。赤は610-700nmあたりなので青よりは明るさを感じていますね。緑や橙、黄色といった色はかなり明るく感じます。

*４

上の図は明所視標準分光視感効率と暗所視標準分光視感効率を比較したものです。scotopicとは桿体、photopicとは錐体のことです。錐体の曲線を暗順応曲線、桿体の曲線を暗順応曲線ともよびます。先程錐体では550nmあたりが一番明るく感じると学びましたが、桿体では507nmあたりを一番明るく感じます。この差がプルキンエシフトを生じさせるわけです。明るいところでは黄緑や赤、橙といった色を一番明るいと知覚していたのに、暗いところでは青を一番明るいと近くするようになるということです。これは知覚的な現象であり、物理的に波長の強さが変化したわけではありません。

プルキンエシフト表

かなりざっくりですいません。もちろん変化量は波長によって違います。赤色や橙は最大0.8あったのに0.05近くまで落ち込んでいるので顕著な変化だと思います。青色も最大で0.1程度だったのが0.8近くまで伸びているので顕著な変化だと思います。黄色も１近くから0.01程度まで落ち込んでいるので大きな変化だといえます。

緑青、青緑(480-500nm)に関しては5倍程度増えていますので中程度変化と言えます。緑色は範囲のとりかたにもよりますが青に近い緑は2倍に増え、黄色に近い緑は半分程度に減っていますので少程度の変化といえます。黄緑は550nmあたりと解釈される場合もあるので解釈次第となりますが、日立さんの場合は560-580nmなので半分程度に減り、小程度の変化と言えます。

いずれの変化にせよ2倍近く変化しているのでかなり顕著な変化だと思います。ただし錐体と桿体が両方働く場合その割合がどの程度かによってプルキンエシフトも変わってきますので注意してください。夕方と月夜では錐体が働いていますが、どれくらい働いているかといった割合は変わってきます。より暗くなればシフトが大きくなると考えておけばOKだと思います。しかし暗すぎると色を知覚できないので注意する必要があります。

プルキンエ現象とベツォルトブリュッケ現象、そしてアブニー効果の関連性

プルキンエ現象は明るいところと暗いところでは色の明るさに対する感じ方が異なるというものでした。ベツォルトブリュッケ現象は輝度の変化が色相の変化に影響を及ぼすというものです。アブニー効果は彩度(飽和度)の変化が色相の変化に影響を及ぼすというものです。

ベツォルトブリュッケ現象は明所視においても色相の変化を感じることができます。強い光が当たっている葉っぱは黄色く感じ、あまり当たっていない葉っぱは青く感じるといったものです。プルキンエ現象では明所視と暗所視の違いによる明るさの感じ方の変化なので明所視では桿体が働かず変化を感じません。アブニー効果は一定の輝度という条件のもとで彩度の変化により色相の変化が観察されるというものです。

それぞれに共通していることを簡略化していうと、プルキンエ現象は色相と明度がお互いに関係しあっている、ベツォルトブリュッケ現象では輝度と色相が関連しあっている、アブニー効果では彩度と色相が関連しあっているということになります^*7。

通常は彩度が変化しても色相は変化しませんし、明度や輝度が変化しても色相は変化しません。しかし変化したように知覚できるというのが３つの現象なのです。これは物理的に変化したというよりも、人間の生理的・知覚的な構造によって波長の捉え方が変わるといったものです。

絵を描くこととプルキンエ現象との関連性

弱い照明の下では青が目立ちやすく、赤が目立ちにくいという現象は絵を描く際に活かすことができます。

イギリスの画家のドーヴ(1841)という人は黄昏から夜へ移るときの色の見え方を観察し、赤の色相がまず消失し青が最も消失しにくいと述べているそうです^*2。

池田・芦澤さんの実験では真っ赤な色(5R 4 /14)と灰みの薄い青(10B 5/2)の２つの色票の明るさが照明の強度を変えるとどのように変化するかを観察し、1000ルクス(曇天化の照度)では赤は青よりずっと明るく見えますが、101ルクス(夕方の照度)ではどちらも同じ明るさに見え、0.01ルクス(三日月)では赤は青より明らかに暗く見えたことが示されたそうです^*2。

プルキンエは夜の暗黒では赤や黄色はもっとも暗い灰色に見え、夜明けに最初に見える色は青であるといっています^*2。

人間の色に対する知覚を考慮すれば、薄暗い場所をイメージして絵を描くときは青を明るく、赤を薄暗くといったように塗り分けると効果的ではないかと思います。他の色相に対しても短波長側の色は少し明るく、長波長側の色はすこし暗くといった色の変化を絵を描く際にしてみるといいのではないでしょうか。

参考書籍

１：「色彩用語辞典」日本色彩学会(東京大学出版会)

２：「色彩学概説」千々岩英彰(東京大学出版会)

３：「色覚の原理と色盲のメカニズム」https://www.nig.ac.jp/color/barrierfree/barrierfree1-3.html

４：「色彩光学入門」定量的な色の理解と活用,篠田博之,藤枝一郎（森北出版株式会社）

５：https://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%AF%94%E8%A6%96%E6%84%9F%E5%BA%A6

６：https://kotobank.jp/word/%E8%A6%96%E6%84%9F%E5%BA%A6%E6%9B%B2%E7%B7%9A-1541610

７：https://www.ccs-inc.co.jp/guide/column/light_color/vol28.html

引用画像

１：https://kagakucafe.org/shinoda170610.pdf

２：https://slideplayer.com/slide/4179282/

３：https://en.wikipedia.org/wiki/Luminous_efficacy

４：https://www.researchgate.net/figure/Relative-spectral-luminous-efficiency-curves-left-and-absolute-efficacy-curves-right_fig3_44630769

ベツォルト・ブリュッケ現象とはなにか

定義

もとは単色光の色相が輝度により変化する現象で、19世紀末にベツォルトとブリュッケが別々の論文で記述しているので2人の名をとってベツォルト-ブリュッケ・ヒューシフトとよばれている^*1。他にもベツォルト・ブリュッケ効果ともいう。

単色光のイメージは太陽の光をプリズムで分けて、細かくなったときの色の光です。色相(Hue,ヒュー)とは青や赤といった色のことです。輝度は難しい定義はおいておいて、光の強さと考えてOKです。明度(物の白っぽさ、黒っぽさ)と違うことは覚えておいてください。ただし目に届く際の光の刺激という意味ではろうそくの光もりんごに反射した光も葉っぱを透過した光も同じような刺激として扱うことができます。

かなりざっくりとしたイメージですがろうそくの光を強くすると赤色が黄色っぽくみえるような色相の移行(シフト)です。他にも葉っぱに光が強くあたると黄色っぽくみえたり、赤いガラスに光が強くあたると黄色っぽく見えたりするそうです。こうした現象をベツォルト・ブリュッケ現象、あるいはベツォルト-ブリュッケ・ヒューシフトといいます。例として葉っぱやガラスなど物体透過色がよく挙げられていることから、物体色の場合は反射物体色よりも透過物体色に傾向が強いのかもしれません。

特に黄緑や緑が黄色にシフトするときや赤色が黄色にシフトするときが顕著です。また逆に輝度が下がると緑色は青っぽくなり、赤色は赤っぽくなります。具体的なシフトについては下のグラフを見てください。

具体的にどういった輝度でどういった色相変化をするのか

*1

波長と色の関係(日立さんのサイトを参考に)

縦軸はどらくらい色相がシフトするか、横軸は波長の長さを示しています。パーディー（Purdy）が1931年に色相マッチングを用いて実験した結果をグラフにしたものです。物理的に波長が変わるわけではなく、知覚的に波長が変わって見えるという意味なので注意してください。

たとえば橙色(590-620nm)は輝度が増えると黄色に近づいて見えます。色相は7nm前後短波長側にシフトしています。同様に黄緑色(580nm)の波長も輝度が増えるとわずかに黄色に近づいて見えます。色相は2nm前後短波長側にシフトしています。青緑(490-500nm)は基本的には短波長側にシフトしています。赤紫は波長でいえば750-800nmと可視光の範囲を超えた波長となります。

どのくらいシフトするかというのは色相によって変わります。緑青(緑がかった青)は輝度が上がるとほんのすこし短波長側にシフトしています。

色を可視化したグラフでベツォルトブリュッケ現象を見る

*3

こうしたグラフはベツォルトブリュッケ現象をパーディーが色相マッチングで分析したものに色を付けたものです。

最初見たときは分かりづらいですよね。下が輝度が低い状態、上が輝度が高い状態です。cdというのはおそらくカンデラだと思います。光の強さですね。色と色を結んでいるわけですが、結んだ結果の先は同じ色ですよね。だからすこし混乱してしまうわけです。黄色の幅が下より上の方が広がっていると解釈すれば理解しやすいです。赤の幅は下より上の方が狭まっている事がわかります。つまり緑が黄色っぽくなり、赤が黄色っぽくなっているということです。青は紫側では広がっていますが、緑側では緑のほうが強くなっていますね。結果的にシアン(緑青)の幅が増えています。同じように橙の幅が増えていると解釈できます。

不変波長とユニーク色

上の図はpudy（1931）による色相マッチングの結果を示したグラフです。

日立さんのサイトによれば緑は500-560nmです。このうちの506nmの色波長が不変波長ということになります。つまり501-505,507-560nmはベツォルト-ブリュッケ・ヒューシフトが起きるということです。緑が不変波長ときくと緑色全て変わらないとうイメージをしてしまいますが厳密には違います。

実際にグラフをみても、500-560nmは506nmが色調のシフト0の位置と重なりますが、それ以外では大きくシフトしています。とくに525nmあたりでは+20もシフトしており、黄色に大きく近づいているということになります。

また不変波長とユニーク色は近いですがイコールではないそうです*1。ある文献ではユニーク色と不変波長を同じように扱い、青475nm、緑500nm、黄色580nm付近としています*３。色覚正常者のスペクトル光におけるユニーク色波長は,ユニーク青,緑,黄が各々470nm, 505nm, 575 nm付近であるが個人差がある.最近の報告によると,ユニーク黄波長はL錐体とM錐体の数の比と相関がありL錐体が多いほど長波長になる傾向がある*3ともありました。ユニーク色波長はばらつきがあるようですが、不変波長と近似値にあるようですね。

青、緑、黄、赤のベツォルトブリュッケヒューシフト(だいたいです)

ユニーク色のイメージとしてはTHE・青といった感じですよね。緑っぽい青でもなく、紫っぽくもなくといったTHE・青のイメージです。日立さんやWIKIの波長わけでも青はかなり幅広く波長の範囲tがとられています。WIKIの場合は450-495nmで日立さんの場合は435-480nmです。この青の波長のなかで不変波長は474あたりですね。図を見ればわかりますが470-475nmあたりはほとんど変わっていないといっていいと思います。ただし435-469nmあたりの青色では長波長側にシフトし、緑に近づきます。476-495nmあたりの青色では短波長側にシフトし、紫色にシフトしています。このように同じ青色でも違いが出てくるというのがポイントだと思います。

同じように緑は500-560nmと広い範囲をもつわけですが、グラフでは500-510にかけ短波長側にシフトし、青に近づいています。この範囲の中の500,506,505とばらつきがありますが不変波長やユニーク色とみなされているようです。510nmを超えると560nmあたりまで長波長側にシフトし、黄色に近づいていることがわかります。510-560nmの間でも、特に525nmあたりをシフト変化の最大値としています。

黄色は580-595nmと狭い範囲をもち、全体的に短波長側に小さくシフトし、緑側に近づいています。黄色以降の波長は大幅に短波長側にシフトしていることがわかります。橙色や赤色は黄色っぽくなるということです。

つまり同じ緑でも短波長側の緑もあれば長波長側の緑もあるということです。色を青、緑青、青緑、緑とわけていますが分けようと思えばもっと分けることができます。ただ波長の分類と、実際に我々がどう見えるかという分類は異なります。言われてみるとシアン(緑青)と青の中間の色ってむずかしいですよね。色光では青と緑を加法混色すればシアンになります。つまり緑がかった青になるわけです。緑の成分が多ければ青みがかった緑になるわけです。さてその割合がすこしだけ緑がかった青の場合は何色と名称すればいいのでしょうか。色光における単色光は基本的にすべて飽和度が最大なので最も鮮やかな色を意味します。絵の具のコバルトブルーやウルトラマリンブルーといった青の区別とはすこし違います。絵の具は基本的に赤、緑、青が全て混じった彩度が最大より低い色と考えてください。単色光のスペクトルは基本的に彩度(飽和度)が最大の光です。

単色光とは光が混ざっていない状態を意味します。人間は青、赤、緑といった３つの錐体細胞しかないので単色光と混色光との区別が付きません。黄色の単色光は人間の赤と緑の錐体を刺激するので黄色く見えるだけで、黄色の錐体があるから黄色く見えているわけではありません。したがって赤と緑の光を混色させて人間の目にあてても黄色く見えますが、赤と緑が混ざった光は黄色の単色光の波長と同じではないのです。

緑青と青の間の色は近く的にはあまり緑を混ぜていない青、すこし緑を混ぜた青と知覚的に分類することはできますが、「緑を混ぜた青(混色光)」と「緑を混ぜた青のように見える色(単色光)」は違うということです。ややこしいですよね。

たとえばマンセルカラーシステムでは色相を５つ(赤、黄色、緑、青、紫)にわけてその中間に黃赤、黄緑、青緑、紫青、赤紫の5つを取り入れました。この10の色相をさらに分割して計100個の色相を表現できるわけです。マンセルカラーシステムは色光ではなく色材であり、色票という紙で色を表現するものです。ある意味色光の単色光の色を、色票で表しているとも言いかえられます。絵の具の色は物体色ともいい、物体に反射した光で色を判断しているわけです。ろうそくの光のような色光とは違いますが、同じ光の刺激として知覚的に扱う事ができます。色材的にシアンと緑の間は青と緑の比で扱うことが可能になるということです。

表色系(color system)：色を細かく連続的な数値で定量的に色を表現するための色の単位系を表色系とよぶ。表色系は複数存在し、統一されていない。万能の単位系が存在しないからである。したがって目的や用途に応じて適切な表色系を選択して使うこと重要。色の見え方で色を体系化する顕色系表色系と、等色実験にもとづき色を定量化する混色計表色系に分けることが多い^*3。

マンセルカラーシステムのような色の表現方法を「表色系」といいます。マンセルは主に物体色を扱うもので、顕色系(けんしょくけい)ともいわれます。光源色を扱うものにはCIE-RGB表色系などがあります。いずれにせよ表色系は特定の環境による色の見えを規定するものです。マンセルでいうと物に光があたったときの色の見えを表示しているわけですが、物にあたる光がどういった光かが特定の環境ということになります。

カラーネーミング法

BoyntonとGordonという人が1965年にカラーネーミング法を使って輝度と色相の変化に関する実験を行いましたが、色相マッチング法の結果とは定量的には一致しなかったそうです。つまりベツォルトブリュッケ現象を確かめるためにカラーネーミング法を使ったということです。具体的には赤、黄色、緑、青の４つの色名で提示された色相を被験者に答えさせるというものです。3名の若い男性を使い、440nmから10nm感覚で660nmまでのスペクトル色を輝度と刺激時間を変えて判定させたものだそうです^*4。

＊５

BoyntonとGordonに関する資料があまり見つかりませんでした。「輝度上げていくと色相は赤色の反応より黄色の反応のほうが多く生じた」とあります。ではただ英文全て見たわけでもないのでミスリーディングの可能性もあり、正確な詳細は参考リンクからどうぞ。カラーネーミング法と色相マッチング法が定量的には一致していないということですが、その程度や＋や－といった方向に関しては一致していたのか気になるところです。RobertM．Boynton　and　JamesGordon：Bezold Brdicke Hue Shift Measured by Color（1965）の論文は検索すれば出ると思います。

カラーネーミング法では反対色理論を通して行われているそうです*4。反対色理論によればひとつの色の中に赤と緑は同時には存在せず、黄色と青も同時には存在しないといいます。したがって色はR,G,Y,B,RY,RB,GY,GBのいずれかでおおざっぱに表現できます。いわゆる赤、緑、黄色、橙、赤紫、黄緑、緑青です。より精緻な色相はRGYBの比によって（たとえばある橙色のR:Yの比でどの程度赤っぽいのか、黄色っぽいかを）示すことができるそうです*1。YGとGYは強く感じた色成分を先につけるという規則だそうです。YGの場合は緑味より黄色みが強い黄緑だそうです。

BoyntonとGordonはまず主に字感じられる色名を４(赤、緑、青、黄色)色の中から答えさせ、次にそこに含まれている二次的な色名を答えさせたそうです。なのでおそらく短波長においては青＋赤よりは青＋黄色のほうが含まれた、というような意味で赤よりも黄色の反応が多く起きたと言っているのだと思います。

*3

上の図は刺激色光が100td、下は1000tdです。tdはトローランドといい1cd/m2の輝度をもつ刺激光を1mm2の瞳孔面積で見たときの網膜上の照度の大きさらしいです。簡単に言えば輝度を上げたものが下の図ということです(ややこしい)。たとえば450nmあたりでは上の図でいうと青が６０程度、赤が２０程度まざった色として知覚されるということです。カラーネーミング的にいえば青を主成分、赤を二次成分として割合を提示したといったところですね。さて下の図を見ると青が70近く、赤が10近くに下がっています。つまり光の刺激を上げたら(輝度のようなもの)青みがかってみえるということです。この結果はパーディーのカラーマッチング法でも確認できていました。パーディーの色相マッチングでは紫の波長は色相のシフトが＋方向に動いていたので、青っぽく見えるという事実と一致しています。しかし実際の移行する数字は異なるという意味で「定量的には一致しない」という意味だと思います。

他にも510-550nmあたりの一般に緑を表す波長では輝度の上昇に伴い黄色の成分が下がっているところもあります。この点はあまりパーディーと一致しません。ただ黄緑から黄色にかけての色は光を強くすると黄色の反応が大きくなっていることがわかります。600nn以降の赤色の成分では輝度を上げると赤色の反応が減り、黄色の反応が大きくなっていることがわかります。これらの点はパーディーと一致しています。

細かい違いや数量的な違いはおいておいて、光の刺激の増大に伴い紫や青は赤反応が小さくなり青反応が大きくなっていること、黄緑や黄色の黄色反応が大きくなっていること、赤色の黄色反応が大きくなっていることは同じだといえます。またユニーク色は変化が少ないということも確認できます。パーディーの色相マッチングとBoyntonとGordonのカラーネーミングの結果は基本的に反比例した関係にはありません。

ベツォルトブリュッケ現象と反対色説の関連性について

ヘリングは網膜の3種の光化学物質である赤・緑物質、黃・青物質、白・黒物質が存在すると仮定した。よく比較されるヤング-ヘルムホルツの三色説では赤、緑、青(青紫)の受信器があると考えていたので対立的に語られることが多い。ただし現在では第一次段階はヤング-ヘルムホルツの赤緑青の錐体細胞に刺激がいき、第二次段階で赤ー緑、黃ー青等の対立があり、そこから脳に刺激が伝達されるといった段階説が通説的である。つまり2つの説は矛盾するものではなく、両方の機能が人間には存在するということです。ハーヴィッヒ-ジェームソンの反対色仮説やラッド・フランクリンの発生説等、他にもフォンクリースの二重説やグラニットの色覚説等があります。

ベツォルトブリュッケ現象では不変波長として赤、緑、青、黄色が存在したのでヘリングの反対色の前提である4色と一致しています。ヤング-ヘルムホルツではベツォルトブリュッケ現象が説明できないということです。そうした意味でベツォルトブリュッケ現象で反対色説の妥当性が上がったのではないかと思います。もちろん現在は両方の説が折衷されています。

ベツォルトブリュッケ現象をイラスト・絵に利用できるか

「画家が新緑を描くのに、日向の部分は黄色く日陰の部分は緑色にぬるのは、この現象に気づいているかどうかは別にして、理にかなっている。同様に、オレンジ色のの花器を描くには、光があたっている部分は明るい黄色に、影の部分は暗い赤褐色にぬるのが自然である^*6」

絵を描く際に光が当たる部分と光が当たらない部分で明度を変えるという手法はデジタルペイントでよく行われています。しかし色相を変えるという点にまで目が行く人は多くはないはずです。そんなときにベツォルトブリュッケ現象を通して色相の変化を試してみるのもいいのではないでしょうか。絵は自由なので、あえて色相を誇張することで面白い作品になるかもしれません。あるいは逆の色相を使うことで不自然な感じを出すこともできるかもしれませんね。

光の色や葉っぱやガラスのような透過した色を表現する際に絵の具やデジタルペイントで色相を変えるのは理にかなっています。デジタルペイントで輝度を上げると緑が黄色っぽくなるかどうか気になりますよね。下に行くほど色相を黄色側にずらしたものです。右に行くほどV（明度）を下げたものです。HSVのVは明度ではなく正確には輝度なのですがここでその話はやめておきます。たしかにVを下げるほど黄色っぽく感じるといえば感じますが、自信がありません。やはり意図的に色相を変えたほうがいいのではないかと思います。そのへんの調整は各自のセンスということになります。あるいは実物と見比べて調整ということになります。

参考文献

・１：「色彩用語辞典」(東京大学出版会)

・２：「色の見え方とその定量化」https://www.jstage.jst.go.jp/article/nig1958/23/2/23_2_63/_pdf

・３：「色彩光学入門」定量的な色の理解と活用,篠田博之,藤枝一郎（森北出版株式会社）

・４：https://dl.ndl.go.jp/view/download/digidepo_10747480_po_ART0001831884.pdf?contentNo=1&alternativeNo=

・５：https://link.springer.com/content/pdf/10.3758%2FBF03212751.pdf

・６：「色彩学概説」千々岩英彰(東京大学出版会)

引用画像

1:https://www.ics.uci.edu/~majumder/vispercep/mehdi.pdf

２：https://www.jstage.jst.go.jp/article/nig1987/28/3/28_3_184/_pdf

３：https://www.handprint.com/HP/WCL/color4.html

４：https://repository.wellesley.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=1408&context=thesiscollection

絵の具における明度と彩度の関係に対する基礎理解

大前提：赤い絵の具が赤色に見える理由

※WIKIによれば補色は相対する色を直接に指示するのに対し、反対色の指示する範囲はやや広いそうです。

色彩検定によれば補色とは「赤に対して青緑、橙に対して青、PCCSの色相関で色相差が１２の関係にあるものを補色といいます補色関係にある色の組み合わせは、相互に強調し合います。純色同士が効果的に現れ、淡いトーンなどになるとその効果が薄れます*2。」とあります。よくある補色の説明ですね。補色関係にある色は「一番コントラストの強い組み合わせ」ということです 光の色でも青とイエローを混ぜると白色になります。他にも赤とシアン，緑とマゼンタ（赤紫）も白色になります。色材の色では青とイエローを混ぜると黒、赤とシアン(青緑)をまぜると黒、緑とマゼンタを混ぜると黒色になります。

◎吸収光の色と観察される色の関係
吸収光波長/nm 吸収光の色 観察される色(補色，余色)
400～435 紫 緑黄
435～480 青 黄
480～490 緑青 橙
490～500 青緑 赤
500～560 緑 赤紫
560～580 黄緑 紫
580～595 黄 青
595～610 橙 緑青
610～750 赤 青緑
750～800 紫赤 緑
※「新染色加工講座3」，p.112，共立出版(1972)

「物質の色とはその補色を吸収する物を指す*1」という言葉の意味を理解して行きたいと思います。

まず赤色の絵の具は「青緑色光のみを吸収する物質」だそうです。青と緑なのか青緑なのかは置いておきます。

青緑といえばいわゆるシアンですよね。単純にRGBーGB=で赤というのは「かんたんじゃ～ん」と思ってしまいます。しかし実際は複雑のようです。

赤色は青緑のみを吸収する物質

（○）白色光というのはいろいろな波長が混ざってできたものです。つまり赤、緑、青、黄色、青緑色、赤紫色、橙色、紫色等々の波長があるわけです。そこから青緑のみを引いてみます。赤、緑、青、黄色、赤紫(人間の目に見えないだけで赤紫の波長もあります。白色光は当然可視光線以外も混ざっています)、緑青、紫、橙、黄緑緑青等々たくさん色がのこるわけです。黄色と青は補色なので打ち消し合って消えます。紫と黄緑は補色なので打ち消し合って消えます。橙と緑青(青緑とは違う波長)は補色なので打ち消し合って消えます。赤紫と緑は補色なので打ち消し合って消えます。これをやっていたらきりがないですが、赤が消えるためには青緑色が必要なのですが、赤い絵の具は青緑色を吸収してしまっているので赤色は消えず、結果赤色だけが残り絵の具が赤色に見えるということです。

混色としての赤紫ができる理由

(○)赤の補色は青緑色、青の補色は黄色です。赤紫色の絵の具は「青緑色と黄色を吸収する色」なわけですが、黄色と青は補色関係にあるので、結果として青ー黄で打ち消し合い消えて、緑だけが残ります。したがって赤紫色の絵の具は緑だけを吸収する色となります。したがって緑色だけが吸収されることになり、赤紫のみが補色のペアがいないということになります。つまり赤紫色に見えるというわけです。

青と黄色を混色しても灰色に見えてしまう理由

同じように青と黄色を考えてみます。青は黄色を吸収、黄色は青を吸収する色です。その他の波長は打ち消し合います。しかし黄色と青も補色関係にあるので打ち消し合うのでグレーになるわけです。

絵の具と分光反射率の関係

^＊５

赤い絵の具は青緑のみを吸収する物質だといいました。しかしこの赤い絵の具はもはや現実には存在しない概念的な絵の具と考えたほうが楽です。たとえばクリムソンレーキという赤色の絵の具は高波長を90%程度反射し、中波長を数％、短波長も数％反射しています。赤色の補色は青緑（490-500nm）ですがわずかに反射していることがわかります。つまり全て吸収しているわけではないのです。この青緑のみ全て吸収するような絵の具がまさに「THE・赤い色」にあたるわけですがそうした赤色の絵の具はほとんどないといっていいと思います。市販で買うような絵の具はクリムソンレーキやスカーレットのように青緑もわずかに反射しているのです。また青緑だけではなく青も少し反射しているのでクリムソンレーキは青みがかった青にみえますし、青緑を反射したスカーレットは黄色がかった赤に見えます。

このように実際の絵の具は反射率100％（吸収率100％）といった極端なものが少ないので、青と黄色を混ぜれば灰色ではなく緑になる場合が考えられるということです。緑は減法混色の原理的にはシアンとイエローを混ぜれば緑色になります。シアンというのは緑味のある青色、いわゆる青緑色です。THE・青とTHE黄色を混ぜれば灰色になりますが、絵の具が緑もわずかに反射するような性質をもっていれば青はシアンに近くなり、結果的に灰色ではなく緑色に近くなるということです。

絵の具を理解するためには分光反射率を理解することが重要だとわかります。色光としてのスカーレットはRGB比が「255, 36, 0」なので赤だけではなく緑も混ざっていますよね。こうした事実を見るだけでも純粋な赤というのは珍しいということがわかります。

絵の具における明度と彩度の関係

明度と彩度の関係について(１)

「絵の具に黄の黒を混ぜていくと、次第に明度が下がり、緑味を帯びてきます。アブニー効果は、色相とともに明度にも変化を与えます*4」

とあるように彩度の低下は明度の低下を伴うことがある。絵の具における彩度と明度の関係って分かりにくいですよね。

(１)絵の具において明度が下がるということは、反射率(輝度率)が下がっているということです。つまり反射するほど白っぽく見え、反射しないほど(吸収するほど)黒っぽく見えるということです。

(2)絵の具において彩度が下がるということは無彩色(白、灰、黒)に近くなるということです。

※色光における飽和度は「色光に含まれる無彩色成分と残りの成分の比をもとに定義されるあざやかさの程度」という定義であり、色材(絵の具)における彩度とほぼ同じです。ただし色光における飽和度は光量に依存しません。たとえば非常に弱い光の場合でも飽和度が高いという場合があり、色も暗く黒っぽく見えるわけですが、その場合人間には色が鮮やかに見えません。「色立方体内において彩度は無彩色軸からの距離を表すのに対し、一般的に飽和度は黒を頂点とした無彩色軸からの傾きを表すことになる*2」

(3)絵の具を混色すれば明度が下がる

絵の具では三原色をイエロー、マゼンタ、シアンとしているので基本的に混色するほど明度は下がります。逆にいえば混色してイエロー、マゼンタ、シアンは作れないということです。赤、緑、青はイエロー、マゼンタ、シアンよりも明るい色です。どのくらい明度が下がるかはどの色を混色するかによって変わります。

*5

キーポイント：反射しないということは吸収するということ。少し反射するということは大きく吸収するということ。

上の図にあるのが混色における分光反射率による説明です。混色して彩度や明度が大きく下がるものもあれば、あまり下がらないものもあります。縦軸が反射率を示し、横軸は波長の長さを示します。図の絵左上のクリムソンレーキの絵の具の分光反射率をみてください。600-700nmあたりの波長を高く反射していることがわかります。つまり長波長の赤色を大きく反射した色ということです。同時に中波長や短波長を大きく吸収している絵の具ともいうことができます。

クリムソンレーキは赤色の波長だけではなく、わずかに短波長や中波長も反射していることがわかります。したがって600-700nnmのみを反射している絵の具よりも彩度は低いといえます。右のスカーレットは長波長を同じくらい高く反射し、かつ短波長が０に近いほど反射していません。クリムソンレーキは短波長を余計に反射してしまっているのでやや赤紫に近いです。

ウルトラマリンやピーコックブルーとは一般に青色の分類される絵の具ですが分光反射率を見ていると成分が大きく違う色だとわかります。ウルトラマリンは400-500nmを注意程度反射しています。

クリムソンレーキは長波長を大きく反射するので明度が高いです。ただしウルトラマリンは長波長を９０%程度吸収してしまうので結果的に反射率は下がり、明度が下がります。ただこの計算が意外とややこしい。たとえばクリムソンレーキの700nmあたりの波長を９０％、ウルトラマリンブルーの700ml当たりの波長を10%の反射率とします。合計100%になり、加算平均で(90+10)/2=５０％だから混色した紫色の700nmあたりの反射率が50%近くになっているのでしょうか。

しかしスカーレット90%とピーコックブルー5%をあわせてできた紫は70nmあたりの反射率が5%になっています。思ったより計算が複雑なんですよね。ピーコックブルーの場合は赤色の補色である緑色を大きく反射してしまっているので、赤色と緑色が相殺されて赤色があまり反射されなくなっているのです。ウルトラマリンブルーの場合は緑色の中波長をあまり反射せずに青色を多く反射しているので、赤色があまり緑色によって相殺されることなく反射できているということです。

したがって長波長の反射率を下げたくなければ、補色となる色の成分、つまり補色の関係にある波長があまり反射されていない絵の具を組み合わせる必要があるということです。もしスカーレットとウルトラマリンを混色すればピーコックブルーを混色したときより長波長の反射率が高くなります。

彩度が下がるということは白っぽくなる、あるいは黒っぽくなるということですよね。つまり反射率が高い状態で短波長・中波長・長波長が均等に１：１：１近くまざっていれば白っぽく見えます。反対に反射率が低い状態で短波長・中波長・長波長が均等に１：１：１近くまざっていれば黒っぽく見えます。１：１：１に近づけば彩度は下がるわけですが、明度(反射率)次第で白っぽく見えたり黒っぽく見えるというわけです。

*7

RGB比でR255,G0,B0の赤は上の一覧でひとつもありません。ですが多くの色が我々の赤をイメージさせます。緑みがかった赤、青みがかった赤、灰みがかった赤、黄色みがかった赤などさまざまな赤が同じ「赤色」として分類されているのです。絵の具もおなじようなものだと考えてください。THE・赤色といったRGB比でR255,G0,B0を現実世界で見ることは少ないと思います。三原色を説明するときに便利だよねTHE・赤はといったような認識のほうが論理パズルに陥らなくて済むと思います。

光の三原色は赤，青，緑であり，色の三原色は 赤，青，黄色である，とよく言われる。しかしここで言う赤と赤，青と青は互いに同じ色ではない。別々に見せられると，どちらも赤であり，また青であるが，同時 見せられて比較すれぱその違いは容易に分かる。工業的 にはこれらを区別するため，光の三原色におげる赤と青 とをそれぞれマゼンタおよびシアンと呼んでいる。更に言えぱ，色の三原色宇こおける青はむしろ青紫に近い。即 ち極く大ざっぱに言って，人間の目に見える光の波長域 400nm～750nmを3等分して，短波長域の成分の多 い色が青（正確にはウルトラマリンブルー）であり，中 波長域の成分の多い色が緑であり，長波長域の成分の多 い色が赤である。そして，白色すなわち全波長域の成分 をもつ色から短波長域の成分の欠げた色が黄色であり，
白色から中波長域の成分の欠けた色がマゼンタであり， 白色から長波長域の成分の欠けた色がシアンである。こ のように理解して初めて加法混色や減法混色，更には分割混色と云った概念が統一的に理解できるのである。小学校の児童にマゼンタやシアンといった難しい名前を教 える必要はないと思うが，少なくとも，色の三原色は 赤，青，黄色である等と云った誤解を生みやすい表現では教えないようにしたいものである。そして中学校では はっきりと二つの赤と青を区別して教える必要がある。

*9

明度と彩度の関係（２）

「ホワイトを多量に混ぜて用いると、ホワイトは光の成分を全て均等反射するので、混合の曲線が平坦化し、彩度が下がる。つまり、色が鈍くなる。原色の鋭さは減るが、明度効果でそれほどには彩度低下を感じない。絵具使用上の常識のひとつとして理解しておきたい^*10」

白色を混ぜると短波長・中波長・高波長の割合が1:1:1に近づきます。彩度が下がるのですが、明度が上がるので彩度低下を感じないらしいです。色相にもよりますが、明度が低く鮮やかな色と、明度が高い鮮やかな色を比べた場合、明度が高い鮮やかな色のほうが彩度が高いと感じやすいのかもしれません。マンセルでは黄色は明度が高い状態で彩度を高く感じやすく、赤色は中程度、青色は低程度です。

明度を上げることと、白色を混ぜることはごちゃごちゃになってしまいますよね。白色を混ぜれば明度は高くなり、彩度は下がります。黒色を混ぜれば明度は低くなり、彩度も下がります。白色の絵具は一番明るい絵具、黒色の絵具は一番暗い絵具です。減法混色では混ぜれば混ぜるほど明度が下がると教わりますが、白色は別だということができます。ただこれは「純色(一番彩度が高い色)」に白や黒を混ぜた場合のケースです。

*9

上の図を見てください。それぞれ分光反射率曲線が描かれていますが、黄色は面積が大きいですよね。青色は小さいです。レッドは中間くらいです。これはさきほどのマンセルの明度と彩度の関係とも一致しています。反射している点を結んで面積のように見た場合、白が一番大きいので白が一番明るいというのはなっとくできます。グレーでさえ他の青や赤いろより面積が大きいです。一番明るい白の場合は四角形がすべて埋まるということになります。

基本的に純色とは簡単に言えば２つ以下の波長から構成されるものと思ったほうが理解が簡単です。ひとつの波長からなる色は基本的には純色と考えてOKだとおもいます。色光的にいえば単色光は全て彩度が一番高い状態なのです。プリズムで色を分けると虹色のスペクトルが生まれますが、そうやって色を分けていき、1nmあたりまでわけてこれは他の色が混ざっていない純色だ!といったように考えるわけです。反対にすべての波長が混ざっているのが白色光です。プリズムにあてる光が白色光です。太陽の光なども白色光のひとつです。

絵具でいうと一番明るい色は白色で、次にイエロー、マゼンタ、シアンといった色があります。それでは一番彩度が高い色は何色でしょうか。これは意外と難しいですよね。白色や黒色、灰色が一番彩度が低い色です。彩度が高い色は色相ごとにそれぞれあるといったほうが理解が簡単だと思います。ただしマンセルなどでは黄色は彩度１４まであり、青色は彩度が９までしかないといった考え方もできます。大事なのは一番彩度が高い色とは、白色や黒色が一切混ざっていない色ということです。こういった色を純色といいます。この言い方から分かる通り色相ごとではなく白や黒が入っているかいないかで判断しているということになります。比率でいうと短波長・中波長・長波長が１：１：１になるほど無彩色に近づき、彩度が下がります。

たとえば灰色に白色を加えたら明度は上がりますが彩度は変わりません。５０：５０：５０が７０：７０：７０になれば反射率が高くなるので明度は上がりますが、比率は１：１：１のままなので彩度は変わらないのです。

重要なのはこの１：１：１です。１：１：１でなければいいということは１：０：０、１：１：０も同様に鮮やかな色ということになります。たとえばTHE・青色といった色を考えればRGBが０：０：１になるわけです。これは彩度が一番高い状態です。黄色の場合は１：１：０になるわけです。シアンの場合は０：１：１です。目に届いてくる波長が短波長だけなら鮮やかな青に、長波長と中波長だけが目に届け鮮やかな鮮やかな黄色になるということです。これは割合の話です。黄色の場合は各上限を１００として、80:80:0くらいの色が一番鮮やかだと感じます。40:40:0の場合は明度が低いので鮮やかに感じにくいということです。この議論は飽和度と彩度をほぼ同等に考えているのですこしややこしくなってすいません。ただ色光では80:80:0も40:40:0も同じ純度として扱うということです。これが光量に左右されないという意味です。色材の場合は光量に左右されるので、80:80:0のほうが40:40:0よりも鮮やかに感じやすいということです。

もし80:80:0が80:80:40になれば1：1：1により近づくので、彩度が下がります。80：80：40から80：80：20になれば1：1：0に近づくので彩度が上がります。

もし40:40:0の黄色に、100：100：100の白色を10%混ぜればどうなるでしょうか。単純に考えると50:50:10になるわけです。1:1:1に近づいてしまうので、彩度は下がります。実際はもっと複雑です。たとえば40：0：0に黒色を10%混ぜた場合、30:-10:-10といったことにはなりません。本来赤色の絵具は補色である青緑色のみを吸収する物質であったのに、他の色も吸収する物質になってしまうということなります。したがって違う色もわずかに反射してしまうということなります。具体的にどういった数字になるかは正確にはわかりませんが1:1:1に近づき、かつ全体的な反射率も低下すると思います。たとえば30:0:0が15:4:4といったぐあいにです。

参考文献

• １：「色彩検定カラーコーディネーター検定2・3級」（新紀元社）
• ２：「色彩用語辞典」(東京大学出版会)
• ３：「色彩学概説」（東京大学出版会）
• 4：「色彩検定　2級　3級」（新紀元社）
• 5：https://kotobank.jp/word/%E5%8A%A0%E7%AE%97%E3%81%AE%E6%B3%95%E5%89%87-788191#E6.B3.95.E5.89.87.E3.81.AE.E8.BE.9E.E5.85.B8
• 7：https://www.ccs-inc.co.jp/guide/column/light_color/vol28.html
• ８：「色と形の知覚の精神物理学的研究」：https://repository.kulib.kyoto-u.ac.jp/dspace/bitstream/2433/168840/2/D_Takahashi_Shigeko.pdf
• ９「絵の具の色に関する考察」https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=7&cad=rja&uact=8&ved=2ahUKEwiy_6iXqObjAhWVzIsBHW2aDIQQFjAGegQIAhAC&url=http%3A%2F%2Fir.lib.shimane-u.ac.jp%2Ffiles%2Fpublic%2F0%2F2785%2F20170425024953579978%2Fb001002100k002.pdf&usg=AOvVaw2vbxDo5fWgRYuOCBAtVH9k
• １０：「絵の具の科学」ホルベイン工業技術部(中央公論美術出版)

参考画像

• １：https://www.nipponmanpower.co.jp/ps/choose/textbook_pdf/color_kentei_2/sample.pdf
• ２：https://www.ekouhou.net/%E3%82%A2%E3%83%96%E3%83%8B%E3%83%BC%E5%8A%B9%E6%9E%9C%E3%82%92%E8%A3%9C%E5%84%9F%E3%81%99%E3%82%8B%E3%82%AB%E3%83%A9%E3%83%BC%E5%8D%B0%E5%88%B7%E6%96%B9%E6%B3%95%E5%8F%8A%E3%81%B3%E8%A3%85%E7%BD%AE/disp-A,H06-233129.html
• ３：https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%9E%E3%83%B3%E3%82%BB%E3%83%AB%E3%83%BB%E3%82%AB%E3%83%A9%E3%83%BC%E3%83%BB%E3%82%B7%E3%82%B9%E3%83%86%E3%83%A0
• ４:https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=2&cad=rja&uact=8&ved=2ahUKEwijzpz2vc_jAhVlEqYKHRuVBGoQFjABegQIBBAC&url=http%3A%2F%2Fwww.jissen.ac.jp%2Fkankyo%2Flab-maki2%2Flecture%2F_userdata%2Fc-check%2Fc-check(ch2).doc&usg=AOvVaw0qqRzxY9t442gLUBImBlrt
• ５：https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&ved=2ahUKEwjTmNTP-eXjAhXhGKYKHU5XDpYQFjAAegQIARAC&url=https%3A%2F%2Fresearchmap.jp%2F%3Faction%3Dcv_download_main%26upload_id%3D117835&usg=AOvVaw3fYyWXG-QcHguRWY2fJSnB
• ７：https://www.color-sample.com/red/
• ８：https://www.dic-color.com/knowledge/munsell.html
• ９：https://foundationsofvision.stanford.edu/chapter-9-color/
• １０：https://www.epson.jp/katsuyou/photo/archive/kiwameru/theme1/p1.htm

アブニー効果とはなにか

アブニー効果の定義

色相が同じでも色の彩度が異なると同じ色相でも違って見える場合があるということです。アブニー現象、アブニーシフトともいわれます。あるいはオーバート現象ともいうらしいです。変化は微量で色相ごとに変わってきます。

純度とは

アブニー効果は基本的に色光、つまり光源色を元に考えているので彩度ではなく飽和度及び純色という言葉を使います。ただしアブニー効果は絵の具などの物体色でも確認できるケースがあるので注意です。

簡単に言えば物体色における色みの強さが彩度、光源色における色みの強さが飽和度、純度です。言葉の定義付けに関しては諸説あると思いますが、今回は東京大学出版会の「色彩用語辞典」を根拠において定義わけをしたいと思います。

純度は飽和度の指標なので、主に彩度と飽和度の違いが重要になります。いままで彩度＝飽和度＝純度であるという理解をしていましたが、正確には違うようです。

「飽和度は光に含まれる色光成分の割合なので、光量自体にほとんど依存しない*1」というのがもっとも重要な点です。

たとえば「飽和度」は高いけど「彩度」は低いということがあります。たとえば白っぽくない青い光があったとします。この光は短波長を多く含んだ光の波長であり、他の長波長や中波長をあまり含んでいない光の波長なので「飽和度」が高い光の波長だといえます。ただしこの飽和度が高い青い光の光量が小さいとします。その場合この青い光は黒っぽく見えます。つまり「彩度」が低く見えるということです。このようなことがあるので彩度と飽和度が一致するとは限らないということです。

一方、彩度は光量に依存します。たとえばマンセルクロマでは標準照明光源(標準イルミナント)という光量及び光の波長を使っています。これは日中の自然な白色光を元に作られているそうです。つまり日中の白色光が物体に当たった場合という前提で彩度を決めているわけです。したがってもし薄暗い光が物体に当たった場合は当然彩度も変化するわけです。

具体的に純度が変化するとどのように色相は変化するのか(色光の場合)

ポイントは明るさを一定にして純度だけ変化させるということです。

（例１）明るさ(輝度)を一定にしたまま475nm付近の青色にみえる短波長に白色光を混色していくと純度（飽和度）が下がるとともに色相は徐々に赤みを帯び、あざやかな青から薄紫色へ、さらにピンク色へ変化していきます^*2。

（例２）明るさを一定にしたまま570nm付近の緑みの黄色にみえる中波長に白色光を混色していくと純度が下がっても色相はほとんど変化しない^*3。

具体的に彩度が変化するとどのように色相は変化するのか(色材(絵の具)の場合)

(例１)たとえばカーマイン・イエローにアイボリー・ブラックを少し混ぜると、彩度は低下し、同時に緑味を帯びてくる。したがって、緑味を帯びないためには、たとえばカドミウム・イエローを少し加えなければならない^*3。

※絵の具に黄の黒を混ぜていくと、次第に明度が下がり、緑味を帯びてきます。アブニー効果は、色相とともに明度にも変化を与えます^*4

そもそも絵の具そのものが発光しているわけではないので白色光を混ぜるといったことはできません。たとえば黒か白色の絵の具を混ぜると彩度は下がります。絵の具は基本的に減法混色なので混色すればするほど明度は下がります。ただし彩度が下がるかどうかは組み合わせによります。(純粋な)赤と緑をまぜれば黒っぽくなります。

マンセルシステムの彩度はすこしややこしいです。色相によって彩度の上限が違いますし、明度との組み合わせも違います。たとえば黄色は明度が高い位置で彩度が高くなり、青色は明度が低い位置で彩度が高くなります。また物体色における明度とは反射率(輝度率)を意味し、（光の）反射率が高ければ白っぽくみえ、低ければ黒っぽく見えます。つまり反射率が高いから彩度が低いとか、反射率が低いから彩度が低いとは一概にはいえず、色相によるということです。

黄色い絵の具に黒い絵の具をまぜて彩度が下がるのは、黄色い絵の具は高い明度(光を多く反射する)のときに彩度が高いからです。黒色の絵の具を混ぜると反射率を下げる(光を多く吸収する)ので彩度が低くなるということです。明度が高い青色の絵の具に黒色の絵の具を少し混ぜたら彩度が高くなるケースもあるということです。他にも補色の関係(青ー黄色や赤ー緑など)の2色を混ぜると黒っぽくなり彩度は下がります。

アブニー効果の青と黄色以外の色相のシフトについて検討

色度図の読み方と東商の説明問題

*1

ほんとに文献が少ないんですよね。そもそもアブニー効果でよく出てくる色度図の読み方が意味不明すぎるところも原因です。上の図と説明は東商の説明です。まず図の読み方がわからないですよね。色彩学の本で有名な東京商工会議所、いわゆる東商の文献です。アブニー効果の説明のなかで「ある色の光に白色光を加えていくと、色相移行が起きる現象。光の色が白っぽくなるとシフトは長波長側に起き、純度が高くなると短波長側にシフトする」とあります。これが私のなかでアブニー効果の理解を遅らせた最大の要因です。この言い方では全ての色相は純度の低下とともに長波長側にシフトするということになります。それかある色って何色だよとも思います。これが正しいのかどうかわかりません。ただ論文を検討する限り、アブニー効果は青色の短波長に顕著な現象なので赤色のシフトを考慮しなくても問題は小さいというのが救いです。

東商問題に対する反証的な要素

（１）他の参考文献では具体例はほとんど短波長と不変点に限定して語られ、全ての色相が同じ反応をするような言い方はされていない。

（２）アブニー則(アブニーの加法則ではない)の説明に「可視光線の色に白色光を加えて飽和を防ぐと，眼に感じる色彩は，もとの波長が5700Å 以下だと赤色方向に，5700Å 以上だと青色方向にずれる．アブニー則＊としても知られている」と朝倉書店の法則の辞典では書かれている*6。

つまり570nm以上の波長は青色の方向にズレるという解釈。570nm付近は不変点の黄色なのでアブニー効果とも近似しているが、「アブニー則(加算の法則)」という言葉を調べてもあまりヒットしないので妥当性が小さい。

（３）株式会社シーシーエスさんのサイトの説明で「色光刺激の純度（鮮やかさ）が変化すると、色相も若干変化して見える、というのがアブニー効果です。例えば、赤色単色光（ 630 nm ）に明度を一定に保つようにしながら白色光を混合させていくと、彩度が低下して行くとともに、色相も僅かながら次第に黄赤味を帯びて変化していきます。（アブニー効果においても、べゾルト・ブリュッケ現象と同様な不変色相が存在します。）*7」とある。シーシーエスさんは色と光に関する専門的な企業なので信頼性は高い。シーシーエスさんがベツォルト・ブリュッケ・ヒューシフト、つまり「長波長が輝度増大に伴い黄色方向へ増加する」という事実と混同した可能性も少なからずあるが不明。

長波長の赤色の純度を下げると黄赤味を帯びて変化するとある。黄赤とは赤と黄色の中間の色。黄色は赤色よりも短波長なので、解釈によっては短波長側にシフトしているといえる。ただ青色は赤っぽくなるのに、赤色は黄色っぽくなるのは違和感がある。青色は緑っぽくなるという言い方なら違和感がない。

*3

上記の言い回しに関してはカラーサークルを見ることで解決するように思えます。左下の青をみてください。すぐ上に紫があります。上の赤を見てください。すぐ右に黄色っぽい赤色があります。このように解釈すれば一応は解決します。ただし青色が赤っぽくなるということは赤紫になるということであり、したがって紫に近づくということなのでより短波長に近づくようにみえます。実際紫は青よりも短い波長です。ただし合成光と単色光はそもそも違います、青と赤色の光を混ぜたところで紫の波長になるわけではなく、紫色に人間の目が見えるだけなのです。カラーサークル的に解釈すれば全て右回りに変化するということで一応は理解できます。絵の具の黄色に黒を混ぜて彩度を下げると緑色に見えるというのもカラーサークル的には右回りで整合性が合うのでポイントかも知れません。

（４）色度図では赤は黄色側へカーブしている

後で見ますが色度図ではアブニー効果が赤から黄色側へ、青から緑側へシフトしています。赤から黄色側へというのはシーシーエスさんの主張を裏付けるものでもあります。ただ青から緑側へシフトしているのはすこし整合性があいません。ただし、色度図では赤紫や紫はスペクトルに存在しない色として垂直に表現されるので、青色の赤みを帯びるという表現の特異性として解釈することができます。絵の具のケースの黄色が緑味を帯びるケースも色度図では確認できました。ただし私の色度図の読み方が間違っている可能性もあるので自信は小です。

（５）外国のWIKIには赤色が青みを帯びていく画像がある。

しかしどういう根拠でつくられたかを確認することができず、妥当性が小さい。またシーシーエスさんの赤色が黄色みを帯びるという言い方とは違い、青みを帯びている。ただしアブニー則(加算の法則)とは一致しているように思える。緑が赤みを帯びる＝黄色くなる、青が赤みを帯びる＝紫色になる、赤が青みを帯びる＝紫色になる、黄色は不変点＝変わらずという点です。

*6

（6）全体的に黄色の方へ色ずれが見られるという記載がある*2

「色の見え方とその定量化」という文献では、アブニー効果について「全体的に黄色の方へ色ずれ」が見られるという文章がある。シーシーエスさんの文章の正しさの裏付けにもなっています。青は黄色に近づく(緑に近づく)が、赤紫は可視光外のスペクトルなので特異的に赤っぽくなると表記しているということです。赤が黄色っぽくなるというのも整合性が取れます。つまり黄色を境にして青系は長波長側に、赤色は短波長側にシフトするというとです。赤よりの黄色が、緑寄りの黄色にシフトすると考えれば黄色い絵の具に黒い絵の具を混ぜて緑色に見えるという現象の説明ができます。

色度図読みにくい問題

*2

色度図は色を座標で表したもので、XとYという２つの値を使ってXY座標空間で色を表したものをXY色度図といいます。色度図でなにかを説明するときは純度といい、色度図を使わないで説明するときは彩度といわれるようです。xが小さいほど青が強く、xが大きいほど赤が強い、yが小さいほど青が強くyが大きいほど緑が強いという特徴を持ちます。この1枚の色度図内では輝度は一定なので注意です。そもそも色度とは明るさを無視して色の違いだけを表すものです。つまり明るさが一定なのでアブニー効果を理解するときには最適な図だといえます。

*２

東商のは色がなく、具体的なイメージがわかないと思うので違う図を使います。この図は別の色度図と先程の東商の色度図を組み合わせたものです。正直色度図の読み方がまだいまいちわかっていません。

線を引いてみました。450nmは短波長の青色の色相として、640nｍは長波長の赤色の色相として選択しました。中心にむかうほど白色の光が混ざっていき純度(彩度)が下がります。

640nmの場合は曲線が上向きになっています。見方を考えるとｙの値が増えているように見えます。X+Yが大きくなっているので青みがよわまっています。つまり緑が強くなっていると言えます。450nmの場合はXが減っているように見えます。つまり赤みが弱くなっているように見えます。

青色の波長が緑色に近づいているということは読み方によっては長波長側に近づいていると読み取ることができます。なぜなら青色より緑色の波長のほうが長いからです。したがって短波長の青色が緑側に湾曲しているということは、アブニー効果の「短波長と白色光をまぜると色相が長波長側にシフトする」という説と合致しているようにもみえます。また紫色や赤色はスペクトルに存在しない色として色度図では扱われるので青色の赤味を帯びるという表現の特異性として解釈することもできます。

一方で赤色の波長は黄色側に湾曲しています。したがって短波長側に近づいていると読み取ることができます。これを見ると加算の法則に合致しており、東商のアブニー効果の説明とは合致していないようにみえます。

東商の「光の色が白っぽくなるとシフトは長波長側に起き、純度が高くなると短波長側にシフトする」という説明はおそらく短波長の色の光を想定したものだと私は思います。すべての色相、すべての色の光が彩度が落ちると長波長側にシフトするという根拠が見当たらない、あるいは私が理解できていない状況です。

アブニー効果に関する国内の論文

「色と形の知覚の精神物理学的研究」という京都大学の高橋成子さんが1993年に書いた論文でアブニー効果に関する詳細な説明があったので紹介します。論文は公開されているので参考文献のURLから飛んでいただければ見ることができます。まずはアブニー効果に関する要約を引用します。

１）abney効果は、スペクトルの短波長領域で顕著であり、紫～青の色相の短波長光は白色光を加えることにより長波長に移行する。

２）従って、固有色青波長値は白色光を加えるとより長波長に移行する。

３）スペクトルのその他の領域では、白色光を加えても見えの色相の変化は小さい。

^*８　35P

上の文章にあるようにアブニー効果は青や紫といった短波長光に顕著な現象といえます。長・中波長の色相では彩度が低下しても色相にあまり変化を与えないということです。

「スペクトルの短波長端の光は赤っぽい青(紫)に見える。赤という色相はスペクトルの長波長端の光に対して感じられる色相であり、これはL錐体の活動による(*4,36P)」

「順応レベル(白色光網膜照度)を上げると、短波長領域の赤反応、及び青反応が増加し、固有色青（赤/緑均衡色、または、赤ー緑反対色反応が零）の波長値が約8nm長波長側へ移行する(^*8，37P)。」

別の言い方では「青色の光は緑味を帯びて変化する」という言い方もできるのではないでしょうか。波長が緑味を帯びることと、赤っぽい青に見えることは同義なのでしょうか。たしかに青色は長波長側にシフトするので”波長としては”緑側にズレることになります。したがって緑味を帯びるというのも理解できます。しかし同時に”知覚としては”赤みを帯びた紫色に見えるということです。つまり物理的な表現と知覚的な表現の相違で、実は同じことを表現しているのではということです。これは個人的な理解です。色度図では緑側にシフトしていた理由は上記の理由も考えられるのではということです。赤色は黄色みを帯びるという言い方なのに、青色は赤みを帯びるという特異的な言い方なのはS錐体の特異性に起因しているということです。

^*4

L錐体とは主に赤色の刺激を受ける錐体のことです。論文によれば短波長が赤っぽく感じる原因はL錐体の活動にあるそうです。短波長は通常、L錐体をあまり刺激しません(短波長側ではL錐体の感度は非常に低い)。問題は赤っぽさはどの錐体から来ているかということです。

「・・・スペクトルの短波長側領域の”赤”（紫の中に知覚される赤味）はS錐体の活動によるもので、L錐体の活動による長波長領域の”赤”とは性質が異なる・・・(^*8,39P)」

論文ではS錐体の特異性が指摘されていました。S錐体は通常青錐体と呼ばれますが、実際の図を見てみるとかなり幅があるように見えます。青錐体は青だけ、赤錐体は赤だけというイメージだったのでびっくりです。

アブニー効果における色光と色票(色材)の相違について

「たとえばCIE1931xy色度図上では色光でも色票でも等色相線は一般的に曲線となりアブニー効果を示す結果として紹介される。同じ色相の等色相線でも色光であれば輝度により、色票であれば明度により色度図上の一夜曲線の形式が変化する。これまでの報告では、色光のほうが色票よりも等色相線の湾曲は大きく、その傾向は赤領域で目立つ^*1」

とありました。絵の具の場合は色光というよりも色票的なので、青よりも赤のほうが反応が大きいのかもしれません。たしかに色度図上では青よりも赤のほうがカーブが大きかったと思います。要検証です。

絵を描くこととアブニー効果の関連性について

今まで彩度を変えるときは色相を変える必要はなく、単に彩度を上げればいいと思っていました。しかしアブニー効果によれば彩度が変化したとき、波長によっては色相が変化するとのことです。色相が大幅に変化するというよりは、すこしだけズレるといったものです。

そもそもデジタルペイントソフトのHSV値のSだけ下げていくとほんとうに青は赤っぽくみえるのでしょうか。というかこれが本題です。V(明度)を100で固定してS(彩度)を下げていっても私の目では赤っぽくなっているようにはみえません。

*10

デジタルペイントの領域は通常はsRGBの色域なので実際の我々の色域よりかなり狭いわけです。狭い色域で我々はアブニー効果を実感できるのでしょうか。私の環境では赤っぽく見えないと感じても、他の色域が広いディスプレイでは赤っぽく感じるかもしれません。あるいは私の照明等の環境が悪いのかもしれません。あるいは眼に異常があるかもしれません。あるいはペイントソフトに原因があるかもしれません。そもそもデジタルペイントソフト内の処理でHSVのSを下げるときに「単色光に白色光を混ぜるという」過程があるのかさえ詳しいことはわかりません。

ディスプレイはそもそもの問題として加法混色における光を混ぜると輝度が上がる同時加法混色ではなく、小さい色を併置して”知覚的”に混ざったように見え、その際の輝度は平均の明るさになる併置加法混色を利用しているのでアブニー効果の条件と合致しているかどうか疑問です。液晶ディスプレイとLEDディスプレイディスプレイも違いがあります。液晶は光をカラーフィルターに通すことで色の波長を変え、LEDはカラーフィルターを通さずに光っているらしいです。それ以外にもライトはガラスやら偏光フィルターやらを通って我々の眼に届いているので絵の具表現とディスプレイ表現を一緒に考えるのは難しいと思います。

ただし現実の色域では知覚的に青色光の彩度を下げると赤っぽくみえるということは実際に証明されています。したがって絵を描く際にただ彩度を下げるだけではなく、色相もすこし赤寄りに変えてみるといった意図的な色相の変更もアリなのではと思います。つまり影の色をの色相をわざとシフトさせるということです。変化をつけたいときにいいかもしれません。

上の図はB255を明度１００で彩度を下げていったのです。右側は途中で色相をわざと紫寄りに変えたものです。明度100%だと彩度を変えてもあまり変化を感じませんでした。

上の図はHSVのVを変えてから一定にしたまま彩度を下げたものです。V=70の場合は若干紫色に近づいて見えなくもないですが自分の目に自信がないのでわかりません。このように明度をいくつで固定するかでアブニー効果の度合いも左右されるのかもしれません。

そもそも絵というのは自由に描いていいのです。リアリティや色の正確性、科学性、写し取りの度合いは写真等にまかせておけばいいのです。絵は人間の知覚を意図的に誇張するほうがかえって面白い作品になる場合もあります。色が単調だと考えた場合にアブニー効果を通して彩度を変化させるときに色相の変化を頭に入れると役に立つということです。物理的にはどうだとか、知覚的にはどうだとかを考える前に”創造的にはどうか”を優先したいところです。理論にこだわって本来の創造性をおざなりにしたら意味がないですから。色表現に限界のあるデジタルペイントで実際の色を忠実に表現しようとするほうが無理があります。

参考文献

• １：「色彩検定カラーコーディネーター検定2・3級」（新紀元社）
• ２：「色彩用語辞典」(東京大学出版会)
• ３：「色彩学概説」（東京大学出版会）
• 4：「色彩検定　2級　3級」（新紀元社）
• 5：https://kotobank.jp/word/%E5%8A%A0%E7%AE%97%E3%81%AE%E6%B3%95%E5%89%87-788191#E6.B3.95.E5.89.87.E3.81.AE.E8.BE.9E.E5.85.B8
• 7：https://www.ccs-inc.co.jp/guide/column/light_color/vol28.html
• ８：「色と形の知覚の精神物理学的研究」：https://repository.kulib.kyoto-u.ac.jp/dspace/bitstream/2433/168840/2/D_Takahashi_Shigeko.pdf
• ９「絵の具の色に関する考察」https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=7&cad=rja&uact=8&ved=2ahUKEwiy_6iXqObjAhWVzIsBHW2aDIQQFjAGegQIAhAC&url=http%3A%2F%2Fir.lib.shimane-u.ac.jp%2Ffiles%2Fpublic%2F0%2F2785%2F20170425024953579978%2Fb001002100k002.pdf&usg=AOvVaw2vbxDo5fWgRYuOCBAtVH9k
• １０：「絵の具の科学」ホルベイン工業技術部(中央公論美術出版)
• 11：https://www.jstage.jst.go.jp/article/nig1958/23/2/23_2_63/_pdf

参考画像

• １：https://www.nipponmanpower.co.jp/ps/choose/textbook_pdf/color_kentei_2/sample.pdf
• ２：https://www.ekouhou.net/%E3%82%A2%E3%83%96%E3%83%8B%E3%83%BC%E5%8A%B9%E6%9E%9C%E3%82%92%E8%A3%9C%E5%84%9F%E3%81%99%E3%82%8B%E3%82%AB%E3%83%A9%E3%83%BC%E5%8D%B0%E5%88%B7%E6%96%B9%E6%B3%95%E5%8F%8A%E3%81%B3%E8%A3%85%E7%BD%AE/disp-A,H06-233129.html
• ３：https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%9E%E3%83%B3%E3%82%BB%E3%83%AB%E3%83%BB%E3%82%AB%E3%83%A9%E3%83%BC%E3%83%BB%E3%82%B7%E3%82%B9%E3%83%86%E3%83%A0
• ４:https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=2&cad=rja&uact=8&ved=2ahUKEwijzpz2vc_jAhVlEqYKHRuVBGoQFjABegQIBBAC&url=http%3A%2F%2Fwww.jissen.ac.jp%2Fkankyo%2Flab-maki2%2Flecture%2F_userdata%2Fc-check%2Fc-check(ch2).doc&usg=AOvVaw0qqRzxY9t442gLUBImBlrt
• ５：https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&ved=2ahUKEwjTmNTP-eXjAhXhGKYKHU5XDpYQFjAAegQIARAC&url=https%3A%2F%2Fresearchmap.jp%2F%3Faction%3Dcv_download_main%26upload_id%3D117835&usg=AOvVaw3fYyWXG-QcHguRWY2fJSnB
• ６：「PCCSの色相」：https://www.sikiken.co.jp/pccs/pccs02.html
• ７：https://www.color-sample.com/red/
• ８：https://www.dic-color.com/knowledge/munsell.html
• ９：https://foundationsofvision.stanford.edu/chapter-9-color/
• １０：https://www.epson.jp/katsuyou/photo/archive/kiwameru/theme1/p1.htm

ウェーバーの法則とはなにか

ウェーバーの法則とウェーバー比の正確な定義

ウェーバーの法則を理解する

WIKIには「たとえば、100の刺激が110になったときはじめて「増加した」と気付くならば、200の刺激が210に増加しても気付かず、気付かせるためには220にする必要がある。 」とあります。100から110に変化したときの量はΔ１０なのでΔ10/100ということになる。従ってウェーバー比は1/10になる。これなら200からどれだけ刺激が増えたら変化を感じるかを知りたいときに、200に1/10をかけると20とわかる。つまり２０増やせば増加したと感じるということです。300なら30増やさないと増加したと感じないということです。300の1.1倍で330ですよね。330ー300＝30です。したがって刺激量は３０必要だということです。100の1.1倍は110,110-100=10ということです。

ちなみに「ウェーバーは、手で持ち上げる重量に関しては約1/30から1/40、線分の長さに関しては約1/100かであることを発見した、光の明るさに関しては観察者によって1/60から1/200に及ぶ*1」とされているそうです。たとえば１００ｇの重さの場合は100*1/30で3.33g増加すれば変化を感じるということです。1キロの場合は33g、10キロの場合は333gということですね。刺激が大きくなればなるほど「変化した」と気づくために必要な刺激量は増えていきます。

感覚のウェーバー比

※元サイトが消えてしまっているため、出典が不明です(2022/12/07)

当時のリンクはこちらです：https://www.mech.hirosaki-u.ac.jp/~sagawa/2011/class/seitai/chap4.pdf

この表では圧覚のウェーバー比が0.14-0.3とあります。先程の手で持ち上げる重量は1/30=0.03だったので大きく異る数値ですよね。

参考：種々のウェーバー比
重さ：1/40 ～1/30, 圧覚：1/7
音の大きさ：1/11,　明るさ：1/62
からさ：1/6.6,　あまさ：1/5,　酸っぱさ：1/4,　苦さ 1/4.8
ゴム臭：1/10

出典：https://m.happycampus.co.jp/docs/983430551701@hc06/21354/

もっと調べてみると重さと圧覚が区別されていました。圧覚を調べてみると「皮膚面に変形や歪が加えられたときに生じる感覚」とあります。重いものを持てばたしかに皮膚面は変形するわけですが、重さとは違う概念かもしれませんね。ちなみに圧覚という点から考えると100gの1/7で約14g増えないと変化を感じないということになります。200gのときは200*1/7=で約28g、1キロの場合は約140g必要です。

100gのとき14g増やせば変化を感じたから、200gのときも14g増やせば変化を感じると考えるのは誤りということです。ウェーバーの法則に従えば200gのときは28g必要になります。

光の場合は1/60から1/200とかなり範囲が広いですよね。光刺激を100としたとき、100*1/60で1.6になります。つまり光の刺激を1.6増やさないと人間は変化を感じることができないということです。光の刺激が1000の場合は約16増やさないと変化を感じることができません。このように刺激が増えるほど、増やす量も多く必要になるということが確認できます。

ウェーバー比の比率が小さいほど変化を感じやすく、ウェーバー比の比率が高いほど変化を感じにくいということができます。たとえば明るさのウェーバー比は0.01なのでわずかな変化量でも変化したと敏感に感じることができます。あまさは0.4なのでわずかな変化量では変化したと感じることができません。半分近く刺激量を増やさないと変化したと気づかないのです。甘さは鈍感な感覚だといえます。

「ウェーバー比は一定である」という言葉の意味

（例）１００の刺激が１１０になってはじめて「増加」したと気づくとする。

ΔS/S=10/100になります。つまり1/10=0.1です。これがウェーバー比になります。Δとは変化を示す記号です。100から110になるために10の変化したという意味でΔ10です。

このウェーバー比が一定というのは、刺激の量がいくつでも一定ということです。たとえば刺激の量が200になっても200の刺激量が増加したと気づくために必要な刺激量は200*0.1=20で２０です。このように0.1というウェーバー比は刺激の量に関係なく一定ということです(初期刺激量の100以上ですが)。

ウェーバーの法則とフェヒナーの法則の関連性

フェヒナーの法則(英:Fechnner’s law)：反応の大きさをR、刺激閾S0の倍数として表した刺激強度をSとしてR=K・logSとして表された関係をフェヒナーの法則、または対数法則(logarithmic)という。刺激強度が等比級数的に変化するとき、反応の大きさは等比級数的に変化することを意味する*1。

ウェーバーの法則とフェヒナーの法則はとても似ています。もともとウェーバーの弟子がフェヒナーで、ウェーバーの法則を発展させたから似ているのは当然です。

「たとえば、100の刺激が110になったときはじめて『増加した』と気付くならば、200の刺激が210に増加しても気付かず、気付かせるためには220にする必要がある。 」とWIKIにあり、これをウェーバーの法則の例として序盤に出しました。この例をフェヒナーの法則で考えてみます。「100の刺激が110になったときはじめて『増加』したと気づくならば、感覚単位が１増えたと考える。２００の刺激が２２０になって『増加』したと気づくならば、感覚単位が１増えたと考える。刺激量は違うけど、感覚単位が１増えたという意味では同じだよね」というのがフェヒナー的な解釈です。

フェヒナーの法則はウェーバー比を利用した精神物理学的法則だといえます。フェヒナーの法則については別の記事にまとめてあるので是非チェックしてください。

【絵を描くための色彩学】ウェーバー・フェヒナーの法則とはなにか

フェヒナーの法則をさらに発展させたものがスティーブンスのべき法則であるともいえます(諸説あります)。スティーブンスは「マグニチュード測定法」という感覚量を直接測定する方法を考え、フェヒナーより正確なグラフを示すことができました。さらにべき法則という「反応の比が刺激の比に対応している」という法則も提示しました。ここでは扱いきれませんので機会があればまた記事を書きたいと思います。絵を描くためには基本的にウェーバー比とフェヒナーの法則を理解できれば十分だと思います。

マグニチュード推定法では通常、まず「標準」とされる刺激を与え、それに「係数」と呼ばれる数を割り当てる。その後、被験者に刺激を与え、被験者が標準刺激との対比で感覚の強さを数で申告する。例えば、標準刺激の2倍の強さと感じたら、係数の2倍の数を申告する。標準刺激を用いない場合、被験者は好きなように数を割り当てればよく、個々の刺激の間で感覚上の強さと回答する数の比率があっていればよい。被験者に標準刺激を与え、被験者自身が装置を操作して標準刺激の指定された倍率の強さと感じる刺激を自分で求める方法もある。これを magnitude production と呼ぶ。*３

E.H.ウェーバーについて

*2

エルンスト・ハインリヒ・ヴェーバー（Ernst Heinrich Weber、1795年6月24日 – 1878年1月26日）は、ドイツの生理学者、解剖学者。重量や温度などの感覚を実験的に研究し、刺激強度と感覚の増分の関係を発見した。これは後に弟子のフェヒナーによって定式化され、ウェーバーの法則と名付けられた。

参考文献

• １：「色彩用語辞典」（東京大学出版会）
• ２：https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%B4%E3%82%A7%E3%83%BC%E3%83%90%E3%83%BC%E2%80%90%E3%83%95%E3%82%A7%E3%83%92%E3%83%8A%E3%83%BC%E3%81%AE%E6%B3%95%E5%89%87
• ３：https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%B9%E3%83%86%E3%82%A3%E3%83%BC%E3%83%B4%E3%83%B3%E3%82%B9%E3%81%AE%E3%81%B9%E3%81%8D%E6%B3%95%E5%89%87

引用画像

• １：https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%A8%E3%83%AB%E3%83%B3%E3%82%B9%E3%83%88%E3%83%BB%E3%83%B4%E3%82%A7%E3%83%BC%E3%83%90%E3%83%BC

フェヒナーの法則とはなにか

フェヒナーの法則の定義

難しい定義はまず置いといて、簡単な話から理解しておきましょう。

フェヒナーの法則の具体例

たとえば「１００の刺激が１１０になったときはじめて『増加』したと気づくならば、２００の刺激が２１０に増加しても気づかず、気づかせるためには２２０にする必要がある」

という言い方をよくします。重さで考えてみましょう。１００ｇの重さから１０g増やすことではじめて重さの変化を感じたとします。これで「１0ｇ増やせば重くなるのか！」と思ってしまいますよね。しかし２００ｇから１０ｇ重くしても変化を感じません。２０ｇ重くしてやっと変化を感じるのです。

こういった経験はよくあるはずです。小さな音量からすこし音量を増やせば音量が大きくなったと変化を感じますが、大きな音量からすこし音量を増やしても大きくなったと感じません。10センチから1センチ長さをふやして長くなったと気づけても、1メートルに1センチを足しても長さを気づけません。もっと応用しようとすれば1万円の服が1000円引きなのと、100万円の服が1000円引きなのとではどちらがお得に感じるかといった身近な問題にまで広げることができるかもしれません。つまりフェヒナーの法則は五感全てにあてはめることができる法則だと言えます。ただし個人差や環境によってあてはまらないことがあるので注意です。目がいい人や重さに敏感なひともいますよね。

フェヒナーの法則と飽和

フェヒナーの法則では、「刺激が大きくなればなるほど刺激の変化を感じるために刺激量を大きく増やさなければいけないという法則」と解釈することもできます。つまり「刺激が強くなるほど、感覚の強さの増加度は小さくなる」ということです。鈍感になっていくとも理解することができます。お腹が空いているときはハンバーガを食べて幸せを感じると思います。ですが2個、3個、4個と食べるうちにどんどん幸せに感じる大きさは小さくなってくると思います。もうこれ以上食べても幸せほとんど変化しないよというのが飽和です。

フェヒナーの法則の数学的理解

フェヒナーの法則にウェーバー比を導入する

フェヒナ－の法則は「R=K・logS」でした。Rは反応の大きさを表し、Sは刺激強度を表します。

別の言い方をすれば「　E(感覚量<心理量>) ＝ｋ(定数)log R(刺激強度)」になるわけです。E=Rです。

ここでいうKは定数ですがウェーバー比を使います。

参考：種々のウェーバー比
重さ：1/40 ～1/30, 圧覚：1/7
音の大きさ：1/11,　明るさ：1/62
からさ：1/6.6,　あまさ：1/5,　酸っぱさ：1/4,　苦さ 1/4.8
ゴム臭：1/10

*4

このようにウェーバー比はさまざまあります。比率が大きければ大きいほど、鈍感になりやすくなります。感覚量(反応の大きさ)を増やすために必要な刺激量が比率が大きくなればなるほどたくさん必要だということです。

Kにウェーバー比あてはめるのですが、たとえばゴム臭の場合1/10でK=1.1となります。ウェーバー比が1/10ということは刺激量１０の変化には１増やさなければいけないということです。つまり１0を1.1倍する必要があります。ということでウェーバー比が1/10の場合、K=1.1になります。

これでE=1.1logRですね。

フェヒナ－の法則における刺激強度を理解する

刺激強度とは刺激量を基準となる最小刺激量で割ったものです。たとえば100gではじめて重さを感じた場合１００を最小刺激量とします。なにを最小刺激量とするかは感覚や表示によってかわります。

たとえば１００から１１０ｇに変化してはじめて重さを感じるとします。その場合の１１０ｇというのが刺激量にあたります。そして１１０-１００の１０ｇは最小刺激変化量となります。最小刺激変化量のことを弁別閾ともいいます。

先程のウェーバー比と今回の刺激強度をあてはめることうなります。

「E(感覚量<心理量>) ＝1.1(定数)log 110/100(刺激強度)」

これで出る！と思ったのですがもうすこし手順を踏まないといけないみたいです。

指数関数の逆関数を使う（対数関数を使う）

さて　E(感覚量<心理量>) ＝ｋ(定数)log R(刺激強度)」とありますがまずは刺激量を求める計算式を出してみます。

刺激量を求めるためには【２】の式を使う必要があります。感覚量と刺激量の関係は刺激量１，２，３と増えていくとしたら刺激量は1,1のx倍、1のx倍のx倍、1のx倍のx倍のx倍と増えていくことになります。つまり1,1.1,1.21,1.33と増えていくわけです。2を２でかけて、また２をかけてといった表現を乗数ともいいますよね。２の３乗を2^3といったように示します。このときの３を指数といいます。つまり【２】は指数関数といえます。

たとえば定数が0.1で最小刺激量が100のケースを考えてみます。

(例題)感覚単位が３の場合の刺激量を答えなさい

刺激量＝100*1.1^(3-1)＝121となります。

ちなみに感覚単位が2のときは100*1.1^(2-1)で110になります。

(例題)感覚単位２のとき、感覚単位を1増やすために必要な弁別閾を答えなさい

弁別閾とは変化を感じるために必要な刺激量でした。つまり感覚単位３の刺激量から感覚単位２の刺激量を引くことで求まります。

121-110で11です。つまり感覚単位２から感覚単位３にするためには１１の刺激が必要だということです。感覚単位１から感覚単位２にするためには１０の刺激量が必要だっあので、１の分だけ余計に刺激量が必要になっているということがわかります。このように感覚単位や刺激量が増えれば増えるほど弁別閾が増え、ウェーバー比が高ければ高いほど必要な弁別閾も増えるということがわかります。

この式は【２】の刺激量＝100×1.1^（感覚量－１）の指数関数の逆関数、つまり対数関数です。

S：x = a^pのとき、p = log_a x だから、
　　感覚量－１＝log_1.1（刺激量／100）
　　　　　　　　　（100は、本来は最小刺激量）
　　E＝log_1.1（R/100）＋1　･･･(3)

数学に疎い私は理解するのに苦労しました。【３】の右辺が＋１となっているのは感覚量ー１の－１を右辺に移行したからです。

S：x = a^pというのが【２】の刺激量＝100×1.1^（感覚量－１）にあたり、p = log_a xというのがE＝log_1.1（R/100）＋1にあたるということです。

実際に計算する

実際に計算するためには底の変換法則を利用する必要があります。「logab=logcb/logca」というものです。

E=log1.1*110/100になるわけですが、このままグーグル電卓に入れても間違った計算結果を叩き出してしまうので一度底の変換法則を適応させる必要があるということです。

つまり「log1.1*110/100」を「（log110/100）/log1.1）」に変換するということです。変換しないでもhttps://www.wolframalpha.com/input/?i=log1.1(1.1)のサイトでは計算結果が出るのでおすすめです。

（より数学的な理解をするとすれば、グーグルは常用対数の１０をとり、フェヒナーの法則の上記の例は自然対数のネイピア数をとるということです。Ln1.21/Ln(1.1) =log1.1(121/100)ということです。どちらもネイピア数で計算すれば2になりますが、グーグルの場合は常用対数１０で計算するので違う計算結果が出るということです。このへんはややこしいのであまり理解する必要はなく、単純にWOLFRAMで計算できるので計算内容は気にしないでください。グーグル電卓で「ln(1.21)/ln(1.1)=」と入力すれば２と計算結果が出ます。）

さて表にしてみましょう。

今回はわかりやすくするために最小刺激量を１００とし、ウェーバー比を0.1とします。

結果はこのようになりました。感覚単位を１から２にするためには１０しか必要なかったのに、感覚単位を１００から１０１にするためには12万5278.294も必要になります。感覚単位が増える数は同じなのに、必要な刺激量な大きく異ることがわかります。これがフェフィナ－の法則です。刺激が大きくなればなるほど刺激に鈍感になるのです。

感覚料を＋１から＋１０へとしたときは１０倍になりますよね。１０倍の感覚量のためには感覚単位１０の刺激量から感覚単位１の刺激量を引けばいいだけです。１から１０の感覚単位にするために必要な刺激量はおよそ１３５、１０から１００の感覚単位にするために必要な刺激量はおよそ125万2547です。全然違いますよね。

刺激量から感覚単位を計算することできます。

（例）１万の刺激量なら感覚単位はどれくらいか

wolframのサイトで「log_1.1（10000/100）＋1」と入力します。結果は「49.3177…」と出ました。感覚単位はおよそ49ということです。

この「49.3177…」を刺激量の式に入れてみると「100×1.1^（49.3177－１）」となり「9999.98488744」と出ます。つまりおよそ1万です。これで式の正しさが証明されました。

等比級数と等差級数

フェヒナーの法則は対数法則ともいわれ「刺激強度が等比級数的に変化するとき、反応の大きさが等差級数的に変化すること*1」ともいわれます。

等差数列と等比数列を理解することで上の文章が理解できると思います。たとえば１，２，３，４，５と並んでいる場合はそれぞれに１を足していけば次の項が得られます。１＋１＝２，２＋１＝３,３＋１＝４といったぐあいにです。こうしたものを等差数列といいます。等差級数的というのはこのような理解でだいたいOKだとも思います。

それに対して１，２，４，８，１６と増えていくような数列を等比数列といいます。1*2=2,2*2=4,3*2=6といったように一定の数をかけることで次の項が得られる数列を等比級数といいます。

フェヒナーの法則でいうところの等差級数における一定の数というのが「ウェーバー比」になります。

感覚単位は1,2(1+1),3(2+1),4(3+1),5(4+1)と増えていくので等差級数的といえます。刺激量は一定の数を1.1(ウェーバー比0.1)とした場合1,1.1(1*1.1), 1.21(1.1*1.1), 1.331(1.21*1.1),1.4641(1.331*1.1)と1.1を乗じていくので等比級数的だといえます。指数がつくので逆関数を使えるということで対数関係にあるというのだと思いますがそのへんの深い理解はまだできていません。

光の強さとフェヒナーの法則

明るさのウェーバー比0.01のケース

フェヒナーの法則は光の強さにも当てはまります。定数は諸説あります。経験的にいっても暗闇からすこし明るさを強くしてもすぐ明るさの変化を感じるように、最初のうちは敏感に変化を感じることができます。しかし光の明るさを強くしていくと、だんだん明るさを強くしても変化を感じにくくなります。これはウェーバーの法則と同様です。フェヒナーの法則は感覚単位に注目しただけで基本的にウェーバーの法則と変わりません。現在はスティーブンスのべき法則がより正確に感覚と刺激の関係を表していますが、ウェーバーやフェヒナーの法則でも十分理解できます。

参考：種々のウェーバー比
重さ：1/40 ～1/30, 圧覚：1/7
音の大きさ：1/11,　明るさ：1/62
からさ：1/6.6,　あまさ：1/5,　酸っぱさ：1/4,　苦さ 1/4.8
ゴム臭：1/10

*4

上のウェーバー比を見ると明るさに関するウェーバー比は1/62です。 0.016…ですね。

色彩用語辞典には「光るの明るさに関しては、観察者によって1/60から1/200に及ぶ*1」とあり、かなり幅があるようです。

外国のサイトには0.01とありました*4。いろいろ諸説はありますが0.01を採用したいと思います。最小刺激量は１００とします。ちなみに弁別閾は1.01乗でも求まります。たとえば感覚単位３の弁別閾1.01を1.01乗すると感覚単位4の弁別閾になります。感覚単位は1,2,3と増えていくのに弁別閾は1,1.01.1.0201と1.01を乗じた数でかけていくということになります。刺激値も同様です。ただし感覚単位１，２，３と続いている場合だけなので注意です。感覚単位１から１０の弁別閾を調べたい場合は刺激量Aー刺激量Bの引き算です。

光の場合はウェーバーが1.01なので、1単位あたり1%ずつしか増えていかないので人間は光の明るさに対してかなり敏感だといえます。わずかな量の変化でも変化したと気づくということです。たとえば感覚単位１から２にするために必要な変化量(弁別閾)は1.01でした。２から3にするために必要な弁別閾は1.0201です。しかし99から100にするためには2.67必要になってきます。緩やかですがだんだん変化したと感じるために必要な刺激量が大きくなってきています。重要なのは同じ感覚単位、１増やすということのために必要な刺激量が変わってくるということです。もっと数を大きくしていくと、999から1000にするために必要な刺激量はおよそ2万546です。このように刺激量を大きくすればするほど人間は鈍感になっていく、変化に気づきにくくなっていくということができます。鈍感になっていく早さが違うだけで、基本的に五感はほとんどの場合刺激が増えるほど鈍感になっていきます。

フェヒナーの法則と「明度と視感反射率」の関係について

*1

さて私がフェヒナーの法則を学んだのは視感反射率がわからなかったからです。上のグラフを見てください。もうみなさんも理解できると思います。この図はまさにフェヒナーの法則の、おそらくウェーバー比0.01を簡易的に1-100%でグラフにしたものです。

視感反射率が刺激強度だとしたら、マンセル明度は感覚単位に相当します。人間の五感の感覚量は大雑把には受ける刺激の強さと対数関係にあるのです。さてこの対数関係とはなにかというのを今回は学んできたわけです。別の言い方をすれば感覚量は等差的、刺激量は等比的に変化しているということです。この等比的というのは乗じていくことなのですが、それがウェーバー比によってなにを乗じるかが異なるということです。光の明るさ、つまりここでいう輝度(視感反射率)の場合はおそらくウェーバー比を0.01、すなわち1.01を乗じていくということです。

ウェーバー比が小さいので最初は緩やかです。グラフを見ると、わずかな視感反射率の変化で、マンセル明度は大きく変化しています。視感反射率が２０の時点でマンセル明度はおよそ５０%に達しているのです。これはすごく簡単に言えば光の強さ２０％で人間は５０％ほどの明るさに感じるということです。

*2

別のグラフを見てみましょう。外国のグラフです。刺激強度に相対的な輝度、感覚単位に明度をとったグラフです。基本的に先程のグラフと変わりませんが、ｙ軸が１-１００なのですこしわかりやすくなっていると思います。輝度２０％は明度５０％に相当するよというグラフです。

要するに明るくなるほど肉眼で感じる明度感は飽和してく、だんだん鈍感になっていくということです。

フェヒナーの法則とガンマ補正の関係について

*3

フェヒナーの法則を学んだ後は「ガンマ補正」が理解しやすくなっていますね。このガンマ補正はフェヒナーの法則をさらに正確にさせたスティーブンスのべき法則を参考に作られていますが、光に関してはそこまでグラフの違いがないのでフェヒナーの法則を理解していれば問題ありません。

さて下の図の真ん中のグラフをみてください。どこかで見たことありませんか。そうです、光の明るさに関するグラフにそっくりです。X軸が増えれば増えるほど、Y軸は伸びにくくなっています。つまりX軸とY軸の関係は対数関係にあるのです。そしてこの対数関係にあるということは、人間の目の仕組みということです。

下の図の左側のグラフをみればディスプレイのガンマ補正をしなければいけない理由がわかります。ディスプレイのガンマ特性はフェヒナーの法則とはちがう向きになっていることがわかります。この人間にとって不自然なディスプレイのガンマ特性を補正する、調整するというのがガンマ補正なのです。

フェヒナーの法則では簡易化した光の明るさに関するグラフで刺激量２０で感覚単位５０に感じると習いました。たとえば自分が絵を描いたとします。R123、G０、Bのりんごの絵です。Rが123ということは輝度がおよそ50％ということです。この５０％というのは刺激量に値しています。そしてデータが輝度50%としているのだから、ディスプレイの最大の明るさの半分で表示したとします。人間はどれくらいの明るさを感じるのかという問題です。

ディスプレイが５０％の刺激をそのまま使用してしまえば、人間の感覚的には75%くらいに感じてしまうのです。りんごのデータはたしかに輝度50%ですがそのまま入力してしまうと人間は明るさを75％ほどに感じてしまうのです。この問題を補正するためには、データが５０％の輝度なら、ディスプレイの輝度の出力は２０％にすれば人間が明るさを50％に感じることができるのでうまくいくということです。これがガンマ補正なわけです。*3

上の図はY軸に出力、X軸に入力とあります。この出力がディスプレイの輝度だとすれば、入力はデータの輝度です。先程のりんごのデータが輝度５０％だとすれば、実際にディスプレイで出力される輝度は20%に調整されるということです。輝度20％でも人間の目には明るさとして50%程度に感じるので最終的にはデータの50%と一致するよということです。これがガンマ補正です。

一般的なガンマ補正は2.2というものが使われているみたいです。macなどは1.8が使われるものもあるみたいです。またsRGBはガンマ補正2.2に該当しているのもポイントです。

最近の液晶ディスプレイはディスプレイがきちんとガンマ補正をしてくれるので、あまり気にする必要はないように思えます。ただデータとして輝度５０％と入力したからといって、輝度がそのまま50%出力されていると思うのは間違いなので注意してください。人間の目を考慮して輝度は20%程度に抑えられています。

ウェーバー・フェヒナーの法則という呼び方の是非について

色彩用語辞典によれば「ウェーバーの法則は、感覚的な弁別ということが介在しているにせよ、物理的な測定値、ΔSとSとの関係を記述しているにすぎない。それに対して、フェヒナーの法則は、感覚的の増分がウェーバー比に比例して生じるという仮定から導き出されたにせよ、結果として反応と刺激との関係を記述する精神物理学的法則となっている。したがってウェーバーの法則とフェヒナーの法則は、別の法則であって、１つの法則であるかのような言い方がなされるのは適切ではない*1,63P」とありました。

フェヒナーの法則はウェーバー比を利用するのでウェーバー・フェヒナーの法則と呼んでも問題はなさそうですが、１つの法則であるかのような言い方は問題があるそうですね。個人的にはフェヒナーの法則と呼んだほうが短くていいと思います。

個人的な数学の復習

（１）対数のlog

対数をlogといいますが昔学校の数学でlogでましたよね。記憶さっぱりないですが。2の３乗が８というのはわかります2×2×2で８ですよね。これを2^3と表すとします。このときの3を「指数」といいます。指数とは「1つの数を何回かけるか」を意味しています。

一方で「○を何乗すれば△になるか」を表す数のことを「対数」というらしいです。たとえば２を何乗すれば８になるでしょうか。このときの表現を２を底(てい)とする８の対数と表現するらしいです。たとえば２を底とする８の対数は「３」、３を底とする８１の対数は４といった具合に表現します。

２^3=8ですよね。このときの３を指数といいます。2を底とする８の対数は３です。３は指数であると同時に対数であもるんですね。つまり同じ数に対して違う名前がついているということです。

「対数をとる」とは、Mk=N (>0) が成り立つときには logaMk=logaN も成り立つことを利用して、式の形を logaMk=logaN に変形することを言うらしいです。

たとえば2^3=8です。８は０より大きい数です。このとき、log［10］2＾3＝log［10］＾8に変形できます。なぜ１０かというと、底をa=10にすると１０進法で計算しやすいかららしいです。ちなみにlog［10］=1です。

2^３の対数をとるということはlog［10］2^3に変換するということということです。

さて2＾100を対数変換するとどうなるでしょうか。log［10］2^100になります。この100を前にもってきます。100log［10］＾２です。

常用対数表をみるとlog［10］^2は0.3010とあるので、100×-0.3010ということになります。つまり約30.103です。これが対数になるわけです。

log［10］2^100＝30.103ということは、10の30.103乗が2の100乗に相当するということす。

参考文献

• １：「色彩用語辞典」(東京大学出版会)
• ２：[はまぐりの数学」https://hamaguri.sakura.ne.jp/5kanlog.html
• ３：https://www.telescope-optics.net/eye_intensity_response.htm
• 4：https://m.happycampus.co.jp/docs/983430551701@hc06/21354/
• ５：https://www.eizo.co.jp/eizolibrary/other/itmedia02_07/

引用画像

• １：https://www.ccs-inc.co.jp/guide/column/light_color/vol28.html
• ２：https://www.google.com/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=2ahUKEwif-fbm7dzjAhWoyYsBHT7gB2sQjxx6BAgBEAI&url=https%3A%2F
• ３：https://www.eizo.co.jp/eizolibrary/other/itmedia02_07/

三原色とはなにか

原色とは

互いに独立な色とは原色が３つの場合、２つを混ぜても残る１つの色を作ることができないという意味だそうです。たとえば青と赤で緑、青と緑で赤、緑と赤で青を作ることはできません。このような場合の色を原色といいます。

三原色とは（加法混色と減法原色の違い）

*2

三原色とは文字通り互いに独立な色の組み合わせが３つあるということです。三原色は「加法混合」と「減法混色」の２種類に分かれます。

加法混色は光源色、減法混色は物体色におおまかに属するものです。光源色は簡単に言えば光に色がついているということであり、物体色は物体に光があたり、その反射の度合いで色がついているということです。正確に言うと光に色がついているのではなく、光の刺激に人間の目の色に関する細胞が反応しているだけです。たとえばろうそくや信号の光の色は光源色です。りんごや絵の具の色は物体色です。ディスプレイの色は光源色で、プリンターを使って実際に印刷された紙の色は物体色です。

加法混色に対応する言葉としては「光の三原色」や「色光の三原色」ともいわれ、減法混色に対応するものとしては「色の三原色」や「色料の三原色」、あるいは「絵の具の三原色」という言葉があります。

光の三原色について(加法混色)

*2

三原色の加法混色では赤、緑、青を三原色としています。それぞれ混色して作れない色です。というのも青は赤と緑の組み合わせでつくることができず、赤は緑と青で作ることはできないといったような関係にあるからです。緑は青と黄色を混色して緑色に見せることはできますが、黄色は赤と緑の混色であり三原色ではありません。ディスプレイなどでは加法混色が用いられますが黒の背景色から開始して光を加えていくそうです*5。黒の背景色から光を加えていくので加法という言葉が用いられています。

*1

上の図にある通り、人間は錐体細胞を３つもっています。赤の錐体、緑の錐体、青の錐体です。L錐体、M錐体、S錐体ともいわれそれぞれ波長の長さであるShort、Middle、Longを意味しています。光自体に色がついているのではなく、人間側が波長の刺激を色に変換しているのです。

赤、緑、青を三原色としているのは人間の錐体細胞がそれぞれL細胞、M細胞、S細胞に相当しているからだと思います。光源色で黄色を三原色としないのは、黄色を認識するまでにL細胞とM細胞の２つの細胞を刺激しないといけないからです。赤色ならL細胞を刺激するだけで済みます。同じ理由でシアンやマゼンダも原色としていません。

たとえば紫色の光は人間の赤の錐体と青の錐体を同時に刺激することによって我々に紫色を見せています。赤色の光と青色の光を合成した光も同様に人間の赤の錐体と青の錐体を同時に刺激するので我々に紫色を見せています。つまり入力が違っても出力としては同じ紫色を見せているのです。700nmと500nmの波長を掛け合わせても単色光としての紫色の400nmの波長にはなりませんが、紫色の400nmの波長と同じような色として人間の体は認識するようにできているということです。

*2

これは黄色や緑といった他の波長でも同じです。青色と黄色の波長をかけあわせても緑色の波長にはなりません。また赤色と緑色の波長をかけあわせても黄色の波長にはなりません。しかし赤色と緑色の波長が合わさると赤色の錐体と緑色の錐体が同時に刺激されるので、我々は黄色と認識してしまうということです。もし人間ではなく鳥が赤色と緑色の波長が合わさった波長を見ても同じように黄色と感じるかはわからないのです。単色光は物理的な色、合成色は生理的な色と分けて考えることもできます。もっとも大きく分けてしまえばどちらとも生理的な色です。

色科の三原色について（減法混色）

＊１

三原色の減法混色ではシアン、マゼンタ、イエローを三原色としています。減法混色はそもそも物体色をベースとしているので、光源色とは違うものです。三色を混ぜると黒色になるようにつくられています。印刷で減法混色が用いられる理由は白い紙に色を重ねていくからです*5。

光源色は光がそのまま我々の視細胞を刺激するわけですが、物体色は光が物体にあたり、その反射した光が我々の視細胞を刺激するわけです。

紙で色を表現しようとすれば紙という物体に光がどのように反射するかといった反射率(輝度率)を利用するので必然的に物体色がベースとなります。

なぜ赤、緑、青ではないかというと、それらの色よりシアン(C)、マゼンタ（M）、イエロー（Y）のほうが色が明るく見えるからです。よくCMYを混ぜると黒色になるから絵の具の三原色はCMYだという人もいますが必ずしもそうではないです。なぜなら赤色緑色青色を混ぜても黒色になるからです。

重要なのはCMYがRGBより明るい色だということです。減法混色の性質上混ぜれば混ぜるほど色が暗くなるので、三原色は一番明るい色を使うべきだということです。MとCを混色すれば赤色に、CとYを混色すれば黄色に、YとMを混色すれば青色になるというわけです。

なぜ赤よりマゼンタのほうが明るく見えるんですか

たしかに疑問ですよね。加法混色の場合は最初にRGBですよね。赤と青を混ぜればマゼンタになります。加法混色の場合は混ぜれば混ぜるほど明るくなるという性質をもつので、赤よりも赤と青を混ぜたマゼンタのほうが明るいと理屈上はいえます。物理的にも似たような波長が混じり合えば増加的干渉を起こして輝度は大きくなるので、混ざった結果明るくなるという言い方なのだと思います。

減法混色では混ぜれば混ぜるほど暗くなるという前提にあるので、最初に明るい色を持ってくる必要があります。物体色で一番明るい(明度が高い)色といえば白色です。なので白色を背景にします。そして次に明るいのがマゼンタ、シアン、イエローです。そのつぎに赤、緑、青です。最後に黒が来ます。それを逆にしたものが加法混色です。一番暗い色が最初に来るので光源色で一番暗いのは光がない状態、つまり黒色です。黒色をまず背景にします。次に赤、青、黄色です。その次にマゼンタ、シアン、イエローときて最後に白色が来ます。光源色において白色は高波長、中波長、短波長がそれぞれ混ざり合い、一番増加的干渉を起こしているので輝度が一番高い、つまり明るい色なのだと思います。物体色において白色は高波長、中波長、短波長をすべて反射しているので白く見えるというわけです。

より数式的に言えば減法混色はRGBー（R(シアンはRを吸収する)＋G(マゼンタはGを吸収する)＋B(イエローはBを吸収する)）＝０です。加法混色は０＋（R＋G＋B）＝RGBです。もしくは０＋（BGのシアン＋RBのマゼンタRGのイエロー）＝RGBです。RRGGBBとなるわけですが割合的にRGBなので変わりません。０から出発するかRGBから出発するかの違いです。

心理学的には黄色は人間が明るく感じやすいらしいです。そして青は暗く感じやすいです。こういった心理的な物量を輝度や光度といいます。人間の心理的な性質を介さない光の強さを放射強度と言います。RGBでいうとG>R>Bの順に明るさを感じやすいらしいです。

*18

心理的な明るさの違いを視感度といい、比較したものを比視感度といいます。黄色は55nm付近の波長です。CIEがきめた波長によれば赤は700nm、緑は546nm、青は435,8nm だそうです。そう考えると青や赤はほとんど０に近く明るく見えにくいですね。単色光としてのシアンは青と緑の間に、イエローは赤と緑の間にあるので視感度は高そうです。ただ単色光としての赤紫がどこにあるかいまいち把握できていません。もしかしたら赤紫という単色光は物理的なものではなく生理的なもので、赤色と青色の光を混色させたときにできる光なのかもしれません。赤紫に見える単色光は自然界に存在するのか否か気になりますね。かるくググったところ物理学の世界ではマゼンタ(ピンク)は存在しないそうです。やはりマゼンタは物理学的な色ではなく生理学的な色という表現が正しそうです。

なおこの視感度とマンセルなどにおける明度と彩度の組み合わせは少し異なるので注意が必要です。マンセルにおいて色がもっとも鮮やかに見える明度は色相によって異なります。たとえば青色は低い明度、赤色は中程度、(黄)緑色は高程度といった具合です。重要なのはマンセルにおける明度は輝度ではなく「反射率（輝度率）」なので注意してください。輝度と反射率(輝度率)は別物です。

色科の三原色（絵の具）

絵の具の三原色は思ったより複雑です。そもそもシアン、マゼンタ、イエローとはなにものという話です。

*10

基本的にこの図と先ほどの説明は同じです。イエローはBを吸収してGとRだけ反射または透過します。Wというのは太陽の光のような白色光です。りんごに光があたったときと同じような理屈です。問題はGとRだけ透過したらどうなるのかということです。

物体で考えてみるとより簡単です。青を吸収するということは青色を構成する波長を反射しないということなので青色は結果としてわれわれの目に届きません。我々の目に届くいろというのが緑と赤であり、緑と赤がまざると黄色になりますよねということです。同じように青と赤が反射してマゼンタ、青と緑が反射してシアンというわけです。紫芋がマゼンタの色だとすれば、紫芋の分光反射率は緑色を吸収して赤色と青色を同程度反射しているということになります。

「透過」という概念もなかなかややこしいですよね。色は光源色と物体色に分けられるのですが、物体色はさらに表面色と透過色に分けられます。りんごは表面色ですが水は透過色です。たとえば水に光が当たるとりんごと同じように反射や吸収が起きるわけですが、通り抜けてくる、つまり「透過」してくる光もあるわけです。透過してくる光の中に短波長が多いので水は青色に見えるということです。表面色であれ透過色であれ物体を経由して光が我々の目に届いているので物体色なのです。

さてなぜシアンとイエローを混色すると緑になるのか。シアンはBを吸収してGとRを透過する物体と考えてみます。透過されてきたGとBの光がイエローのフィルターにあたればBは吸収されます。つまりRGB(白色の光)ーR(シアンが吸収)ーB（イエローが吸収）＝Gというわけです。したがってシアンとイエローを減法混色すると緑色になるというわけです。他の色も同じ理屈です。

なぜシアンとイエロー、マゼンタを減法混色すると黒色になるかという理屈も同じです。RGB－R(シアンが吸収)-G(マゼンタが吸収)-B(イエローが吸収)＝０だからです。加法混色の場合はR+G+B=RGB＝白色ということです。減法混色の場合も実質的にはRGBからはじまりRをひいたものがシアン、Gを引いたものがマゼンタ、Bを引いたものがイエローという考え方もできます。ちょうど逆になっていることが見てわかります。

ちなみにですが加法混色でCMYを混ぜると、(G+B)＋（R+B）＋（G+R）になります。Rが２個、Gが２個、Bが２個とRGBが等しいので加法混色では白色になります。

加法混色は思ったよりややこしいという話

*16

混色には大きく分けて減法混色と加法混色と分けられるのは知っていました。しかし加法混色はさらに同時加法混色と中間混色（併置加法混色、継時加法混色）に分けられるというのです。しかもその性質も大きく異なるのでとてもややこしい。

ここでいう「色の明るさ」とはどんな意味だろうか。当然光の色なので明度は存在しないはず。したがってこのでいう明るさは放射強度や輝度といったいわゆる「光の強さ」になるわけです。

スポットライトのような同時加法混色では色が混ざるほど光の強さは強くなると理解することができます。ディスプレイで使われる混色は併置加法混色なので「平均」の光の強さです。

まず同時加法混色により光の強さが大きくなる根拠としては波長と波長が合わさることにより増加的干渉が生じ、光の強さが大きくなるという”物理的”な説明がまずひとつあります。あるいはグラスマンの法則というのが関係してそうです。混色された光の輝度はそれぞれの色光の輝度の和になるということです*17。

しかしカラースポットでアートを作りたいと考えてるヒト人は少ないはずです。多くの人はデジタルペイント、つまりディスプレイの仕組みを知りたいはずです。そしてこのディスプレイは同時加法混色ではなく併置加法混色が用いられています。この併置加法混色はいわゆる中間混色といわれ元の色の平均の明るさが混色された色の明るさになります。これは明らかに「混ぜれば混ぜるほど色が明るくなる」と教わってきた加法混色の説明とは違うものです。「やってられねーよ」と叫びたいです。

減法混色と同時加法混色は、その混色過程は完全に物理的なものであって眼の外部で混色された結果としての色光が目に入射して色として認識されるものです。

一方、中間混色（継時混色と並置混色）は個々の色を示す色光は物理的には別個に目に入射するのですが、眼（および脳）において生理的に混色されて認識されるものです。継時混色は錐体群の時間応答分解能を越えた領域で、また並置混色は錐体群の位置的分解能を越えた領域で生理的な混色が起こると言えます。

*16

というか違う色を隣に並べてそれを遠くから見ると混ざったように見えるというのは物理的な現象ではなく生理的な現象ですよね。めちゃくちゃ目がいい生物が見たらまざったように見えないかもしれないですし。併置加法混色を物理的に言えば「空間周波数の高い小さな色光の集合による混色*17」らしいです。生理学的に言えば「見分けることが出来ない微小な点の集合として色光を目に入射させると、2つ以上の色刺激が網膜上で重なって融合して混色されるために1つの色に見えること*17」らしいです。この場合混色された光の輝度はそれぞれの色光の中間の輝度になるらしいです*17。

ほぼ毎回お世話になっているシーシーエス様の図でも生理学的混色と物理学的混色に分けてくれているのでとても助かります。同時加法混色は物理的な混色、併置加法混色は生理学的な混色ですね。そして減法混色は物理的な混色と。

絵の具で赤色は三原色だから作れないというややこしい話

よく「絵の具で赤色は三原色だから作れない」といった言葉を耳にします。絵の具は減法混色であり、三原色はCMYです。したがって赤色は絵の具の三原色ではありません。光の三原色がRGBです。この辺を混同するとややこしくなります。

減法混色ではイエローとマゼンタを混色すると赤色になります。しかしマゼンタは絵の具の混色では作ることができません。なぜならマゼンタは三原色のひとつだからです。加法混色では青と赤を混色すればマゼンタをつくることができますが、減法混色では色を混ぜる度に明るさが減少していくので、赤と青を混色すると濁った赤紫色が出きてしまいます。正確に言うと絵の具ではマゼンタは赤色より明るい色なのです。減法混色では混色する度に暗くなるので赤色と青色を混ぜてもより暗い色になるだけで、マゼンタにはならないということです。

ややこしい話になりますがマゼンタは絵の具の混色で作ることはできませんが、マゼンタの絵の具を作ることはできます。要するに混色以外ならマゼンタを作ることができるということです。たとえばマゼンタに近い花のような植物をすりつぶして絵の具にしたり、マゼンタの発色をする有機化合物を使って粉にして絵の具にしたりといった方法です。ただし青色にちかい花と赤色に近い花をすりつぶして混ぜてもマゼンタにはなりません。なぜなら花は物体であり、物体である以上は減法混色になり、減法混色の場合は混ぜるほど明度が下がるからです。

*6

マゼンタは絵の具の混色によって作れませんが、マゼンタという絵の具は存在します。これもややこしいですね。キナクリドンマゼンタという絵の具があるそうです。キナクリドンとは有機化合物のひとつだそうです。

色科の三原色（プリンター）

プリンターはシアン、マゼンダ、イエローという色を基本の三原色としています。一般的なプリンターのインク(トナー)はCMYKでKという色を加えます。このKはBlackのKではなくkey plateのKだそうです。日本語では墨とも言われるそうです。黒インクなのにBlackではなくkey plateとごちゃごちゃしてますよね。この黒インクというものが曲者です。減法混色の原理ではYMCを等しく合わせると黒色(Black)になるはずですが、インクの性質上濁って茶色に近い色になってしまうそうです*3。もしCMYを混ぜて理想的な黒色を作ることができればCMYで良かったのだと思います。

*4

この画像はわかりやすいです。CMYKの順に色を組み合わせて色を表現しているのがわかります。

一方プリンターのマゼンタの成分は機密情報のようなので公開している会社が少ないです。またインクは顔料インクのような粒子が大きいものと、染料インクのように粒子が小さいものがあるそうです。プリンターはトナーを使いますがトナーの中に顔料（いわゆるインク）やワックス、帯電制御剤、添加剤などが入っているそうです。他にも水などがはいっているそうです。色を決める要素は主に「顔料」にあたります。顔料はインクの材料であり、着色に用いる粉末です。水に溶けるものを染料というそうです。トナーの顔料には染料タイプと顔料タイプがあるということです。

ということは絵の具のマゼンタとトナーのマゼンタは同じような顔料から構成されているといってもいいのではないでしょうか。顔料を植物の藍から作る場合もあれば、石油化学由来の顔料の場合もあるそうですが、現代では石油化学由来の顔料のほうが多いそうです*7。ジオキサジン、キナクリドン、ペリレン、インジゴイド等呪文のような有機化合物で顔料が化学的に作られているようです。こうした顔料は青と赤をまぜてつくっているのではなく、最初からマゼンタの発色をするような有機化合物を利用して顔料にし、他の材料を混ぜてトナーにしているといえます。

同様のことが絵の具にもいえます。赤色の絵の具をわざわざマゼンタとイエローを混色してつくるのではなく、赤色に発色するような有機化合物か赤色の植物をつかえばいいということです。わざわざ赤色の植物と青色の植物をまぜて紫色顔料をつくらなくてもいいのです。また仮に赤色の植物と青色の植物をかけあわせて混ぜたとして原色のマゼンタにはなりません。なぜなら減法混色では混ざるほど明度が下がるからです。

またインクで表現できる色域には限りがあるという問題があります。インクで代表的な色域はCMYK色空間と言われるものです。この図はXY色度図といわれ、XYZ色空間を元にして作られたので人間が目で見える以上の色域を含んでいますが、おおよその人間の見える全範囲の色と考えてもいいです。三角で囲まれている部分はsRGBと言われる一般的なディスプレイの色域です。さらに狭いのがCMYKというプリンターで用いられる色域です。色度図は外側に行けば行くほど彩度(純度)が上がるようになっているので、YMCKの範囲は彩度の上限値がより低いものとなっています。写真で植物と実物の植物を見比べてみればどちらが鮮やかかというのはわかると思います。対象物にもよりますが、実物の植物のほうが鮮やかに見えるものがあるはずです。

プリンターがYMCKで用いられているのはわかりますが、色域がなぜこの範囲なのかの理屈はよくわかりません。CMYK以上の色域をもつ色空間を使ったプリンターもあるそうです。６，８，１０色インクなどYMCKの４色を超えたプリンタもあるようなのでそういったプリンタがおそらくCMYK以上の色域をもつプリンターなのだと思います。CMYK以外に色を加える・・っと頭が混乱してきますよね。

どうやらCMYKの4色を「基本カラー(プロセスカラー)」というらしいです。6色の場合はライトマシアンとライトマゼンダが加わるようです。８色の場合はさらにグレーやライトグレーが加わるとか。１０色の場合はさらにオレンジやメタリックといった色が加わるみたいです。

ペイントソフトと三原色の話

ペイントソフトを理解するため私は色を学んでいます。さてペイントソフトは加法混色でしょうか減法混色でしょうか。ちなみにディスプレイは加法混色ですが、併置加法混色なので混ぜれば混ぜるほど色が明るくなるというものではなく、平均的な明るさになるそうです。ただしディスプレイの作り方は思ったより複雑です。まずディスプレイの奥にはバックライトがあり、そのつぎに画素が何万何十万とあるわけです。画素(ピクセル)は色情報を持っていて、画素にバックライトをあてることで色がついた光がみえるわけです。基本的にRGBの情報をもたせて、RとGを併置させれば黄色を出すとか多分そんなことじゃないかと思います。LEDなど学ぶことがたくさんあるのでこの分野についてはまだ理解不足です。

ペイントソフトは加法混色も減法混色も両方できるのでなんだかなといった感じです。ディスプレイは光源色だから、光源色に則った塗り方しかできないということではないのです。ソフト側でうまくシステムを作れば減法混色だってできてしまうのです。たとえばクリップスタジオペイントには減法混色の合成モードも加法混色の合成モードがあります。

とはいえ三原色を学ぶ意味はあると思います。混ぜたらどんな色になるか想定しておくことはデジタルペイントの色塗りにとって有益になるはずです。

クリップスタジオペイントでは加法混色に近いものとして「加算合成モード」があります。上のレイヤーと下のレイヤーのR,G,Bの値をそれぞれ加算するというモードです。このモードは加法混色の中でも「同時加法混色」に近いモードです。なぜなら混ぜる前の輝度より混ぜた後の輝度のほうが大きいからです。減法混色に近いものとしては「減算合成モード」があります。上のレイヤーと下のレイヤーのRGBの値をそれぞれ減算するというものです。

通常の合成モードで色混ぜツールをつかったとき加法混色と減法混色どちらのモードになるのかという理解もしやすくなるはずです。デジタルペイントというのは本来は紙で絵の具を使って描いたり色鉛筆を使って描いたりするものを擬似的にディスプレイ上に表現しようとしたものです。したがって通常は減法混色が前提になっています。光の色を合わせているというイメージで作られてはいないと思います。ただし加算合成モードを使って劇場で使うようなカラースポットのライトを表現できるよといったところでしょうか。光らせたいときに加算(発光)モードを使うのと同じ感覚だと思います。

ペイントソフトは加法混色にも減算混色にも縛られない独自のモードがあるのであまり加法混色や減法混色にこだわりすぎるのはよくないと思いました。

参考・引用文献

１：「原色」：https://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%8E%9F%E8%89%B2

２：「光と絵の具の三原色」：https://fnorio.com/0074trichromatism1/trichromatism1.html

３：「CMYKのKとは？」：https://www.sohokkai.co.jp/new/cmykk.html

4：「たった４色で色が印刷される仕組み」

５：「加法混色と減法混色」：https://www.xrite.co.jp/colorknowledge/37-color-knowledge-2/44-color-reproduction-2.html

6:「マゼンタ レギュラータイプ キナクリドンマゼンタ Liquitex Acrylic Colors　絵具」https://store.shopping.yahoo.co.jp/enlightia/lq0004.html

7：「顔料」：https://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%A1%94%E6%96%99

8：「BenQナレッジセンター」：https://www.benq.com/ja-jp/knowledge-center/knowledge/choosing-excellent-photographer-monitor.html

9：「原色」：https://ja.wikipedia.org/wiki/原色

１０：「混色」：https://www.ccs-inc.co.jp/guide/column/light_color/vol16.html

１１：「ぐんま天文台天文学校資料」：https://www.astron.pref.gunma.jp/~honda/gakkou08/text.pdf

１２：https://www.nig.ac.jp/color/barrierfree/barrierfree2-6.html

１３：https://commons.wikimedia.org/wiki/Category:Visible_spectrum?uselang=ja

14：https://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%B9%B2%E6%B8%89_(%E7%89%A9%E7%90%86%E5%AD%A6)

15：https://www.nikon-instruments.jp/jpn/learn-know/microscope-abc/learn-more-microscope/about-phase-difference-observation

16：https://www.ccs-inc.co.jp/guide/column/light_color/vol16.html

１７：https://www37.atwiki.jp/color-cube/pages/80.html

18：https://www.ccs-inc.co.jp/guide/column/light_color/vol14.html

HSVカラーサークルとはなにか

デジタル表現でよく使うHSV色空間ですが、意外とどういった意味かよく知らずに使用している人も多いはずです。この記事ではHSVとはどういった意味でどうやって使えばいいのかを掘り下げてログ(足跡)を残していければと思います。足跡が多いほど他の人が前に進みやすいというのがログを残す意味だと思っています。

HSV色空間とは

色空間とは数値で表される色の再現できる色の範囲のことです。表現できる色の範囲を「色域」ともいいます。HSV色空間を理解するためには色相・彩度・明度の３つを理解する必要があります。

カラーサークルとは「円周に色相を並べたもの」です。HSVカラーサークルを理解するためにはHSV色空間にたいする理解が必要なのでこの記事ではHSV色空間の理解を進めながらカラーサークルに関する理解を進めていきます。

HSV色空間の色相とはなにか

たとえば赤色、緑色、青色といった色合いの違いを表すものが色相です。

数値で表すときは0から360°になります。分度器をイメージていただければ考えやすいですね。

HSV色空間は円柱の色空間を形成するので円が何層も重なっている様子をイメージするといいかもしれません。

この0-360°のどの角度がどの色合いに相当するかは適当に決められているわけではありません。「光波長」に基づいて決められています。光は一種の電磁波であり、波長をもっています。人間の目に視える光を「可視光」といい、光波長でいうと約380nmから780nm程度です。nmはナノメートルと読みセンチメートルよりも短いものです。

上の図にあるようにそれぞれ波長によって色が違います。波長が長いと赤色に、波長が短いと青色(紫)に近づいて、およそその中間に緑色があることがわかります。広波長が赤色、中波長が緑色、短波長が青色という認識でOKです。

もしこうした波長の違いを円状に表現するとどうなるでしょうか。HSVカラーサークルではざっくりといえばH0付近では赤、100付近では緑、200付近では青、300付近では紫を示しています。赤(0°)から始まり赤(360°)で終わっています。つまり角度が小さいほど、光波長が広いという法則性をみることができます。緑より波長が長く赤より波長が短い色は黄色になりますので赤と緑の間の角度に黄色が配置されています。

「えー色相が360個もあるってこと？」と思うかもしれません。こたえはYESです。ですが先程波長と色の関係で示したようにスペクトルは基本の七色をまずは覚えましょう。赤、橙、黄色、緑、青、紫です。太陽の光をプリズムで波長をわけたものを「スペクトル」ともいいます。

https://www.dataplan.jp/blog/design/456

HSVでは加法混色のRGBのほかに、減法混色のCMY(シアン、マゼンダ、イエロー)が配置されています。RGBにCMYを加えた６つの色がHSVの基本色になります。

色相は3つの要素のなかで一番理解が簡単だと思います。

HSV色空間の彩度とはなにか

一番彩度が高い色を「純色」といいます。また彩度がある色を「有彩色」、彩度がない色を「無彩色」といいます。

彩度は思ったよより複雑です。まずは光源色と物体色の違いを紹介します。

光自体が色を持っている場合の色を「光源色」といいます。ろうそくやディスプレイが発する色も光源色です。光が色をもつというのは実は正確ではなく、実際は光の波長によって人間の視細胞が刺激を受けて脳細胞に届き色を認識させているわけですがここではややこいしいので深く扱いません。

光が物体にあたって発する色を「物体色」といいます。たとえばりんごの色は物体色です。

https://www.nig.ac.jp/color/barrierfree/barrierfree2-6.html

HSVは「光源色」に対応した色表現です。RGBも「光源色」に対応しています。またHLSは「物体色」に対応しています。これが彩度の理解をややこしくする原因でもあります。

HSVを含めたRGB,HLSは全て相対的な色空間であり、機器に依存する色表現です。同じ数値であってもディスプレイごとに色が変わって見える場合があるので厳密な色指定には向いていないと言われています。基本的にデジタル表現で用いられる形式です。アナログで厳密な色指定を必要とする場合はマンセル色空間が多く使われています。HSVやRGBはマンセル色空間(物体色)を改変した色表現と言われています。ファイルデータ上の色とディスプレイで開いたときに見える色は同じ数値でも見え方が違うという認識は重要です。ファイル上のデータならL*a*b色空間は物体色も光源色も扱えるからです。マンセル色空間は物体色しか扱えないのでデジタル表現が難しいです。

相対的色空間と絶対的色空間についての理解を進めたい場合は以下の記事を参照してください。

カラーマネジメントにおける印刷表現とディスプレイ表現の違いとは

マンセル色空間の彩度はマンセルクロマともいわれchromaと訳される事が多いです。saturationとは区別したほうが理解しやすいです。マンセルクロマは色相ごとに明度と彩度の関係が違います。saturationはHSVの場合は明るさ100%で彩度が最大に、HLSの場合は明るさが50%で彩度が最大になります。HLSのsaturationのほうがマンセルクロマに近いわけですが、一律で50%としてしまっている点でマンセルクロマには及ばないです。

HSVが光源色ということは、ざっくりといえば光に色がついているということです。信号の色やろうそくの色をイメージしてください。信号の色は一番明るいときに彩度が一番高くなります。信号の光が弱いほど彩度を低く感じるということです。

HSV色空間の明度とはなにか

HSV明るさは輝度(luminance,brightness)の強さです。VはValueといい明度と訳されますが実際は輝度の大きさです。

HLSのLのLightnessは一般的に「輝度」と訳されますが、物体色ベースなので実際は輝度率(一般には反射率とも)を意味します。輝度率が高ければ白色に近づき、低ければ黒色に近づきます。白に近づけば明るく感じ、黒に近づけば黒く感じます。輝度の大きさと輝度率の大きさは意味合いが異なるので注意してください。輝度率の割合は光の強さ（輝度の大きさ）とは関係なしに、物それ自体(りんごなど)の特性として存在しているものです。どの光をどれくらい返すかといった物の特性が輝度率だと考えてください。

マンセル色空間は色相・彩度・明度からなります。この明度がよくValueと訳されるのでさらに混同しやすいです。

輝度と明度の違いに関する説明やマンセル色空間についての詳しい説明は以下の記事にまとめてあるのでぜひチェックをお願いします。

【絵を描くための色彩学】明度と輝度の違いとは

彩度と明度は同時に扱うほうが理解しやすいです。彩度は明度に依存した表現とも言えるからです。HSVにおける彩度は明度が100%のときに一番色が鮮やかになります。つまり明度100%のときに純色になります。輝度の大きさが一番強い状態は絶対的な光の強さではなく、CIERGFB表色系のように「3原色を混色した色が色温度4800Kの白色に見えるときに必要な各色の輝度を１とする」ような基準があると思います。HSVにおけるVが実際は輝度を意味せず、放射輝度を意味するのではないかという説明は後で説明します。

RGB色空間は通常RGBを0-255まで数値が与えられています。この0-255というのはHSVと同じく輝度の大きさです。1-100%と表現するか、1-255と表現するかの違いです。

HLS色空間ではLを1-100%の数値が与えられています。この数値は輝度率の高さです。物体色ベースのマンセル色空間では色相ごとに輝度率と彩度の関係が変わりますがデジタル表現で色相ごとに輝度率と彩度の関係を設定すると複雑になってしまうので、一律で輝度率が５０％のときに彩度が最大になるように設定されています。

デジタルペイントソフトにおけるHSV値

HSVの数値表現

今回はCLIP STUDIO PAINTのHSVの値を参考にして理解を進めていきたいと思います。基本的にどのペイントソフトでも同じです。

クリスタではHの値が0から366°、Sの値が1から100％、Vの値が1から100%振り分けられています。

【HSVの色相について】

まずは色相から決めることになると思います。たとえば「肌色」を塗りたいと考えたとします。肌色は一般的には「やや赤みを帯びた黄色」とされています。なので色相は赤と黄色の間になりそうです。

赤と黄色の範囲で色相を決めるわけですが、ここから正解はありません。より赤に近い肌の色の人もいますし、オレンジに近い肌の色の人もいます。

初心者はここで悩むわけです。まずどの色相を選んだらいいのかと。まずはプロのイラストレーターの色を真似ることからはじめて、それを参考にしながら自分の絵に適した肌の色相を探していけばいいと思います。あるいは三次元の写真から「スポイト」で色をとって確認するのも方法のひとつです。

参考書にはRGBやHSVが記載されているものと、されていないものがあります。されているものは色相の把握が簡単です。RGBの表記でもペイントソフトではRGBをHSVに自動的に変換してくれているので把握が楽です。参考書に色の情報が記載されていなくても、画像データがダウンロードできる場合があるので「スポイト」などで色を吸い取り、HSV値を確認して参考にしましょう。他にもりんごの赤色はどんな色相か、髪の色はどんな色相かといったものも同じです。模倣や観察で経験を積んで自分なりの色相を見つけていくことが重要になると思います。デジタルペイントの色相に正解はないので自由に考えることができます。極論を言えば肌が緑でも青でもいいわけです。自分のキャラクター設定や心理表現、背景や光源の色等で変わってきます。

【HSVの彩度について】

HSVの彩度はすこし理解が難しいです。その理由として明度100%のときに彩度が最大になると定義にされているのにもかからわず、明度0-99%のときにも彩度が100%になる組み合わせがあるからです。純色と彩度100%はほとんど同じ表現ですので少し混乱するわけです。もともとマンセル的な色表現では明るさの上限や彩度の上限は色相ごとに違うので、デジタル表現で使いやすく1-100%で表現しようとしても無理があるのは当然です。こういったデジタル表現は「そいういうものだ」と割り切ってしまう方が楽です。

HSV色空間には円錐タイプのものと円柱タイプのものがあります。円錐タイプのものはVが小さくなるとSが０に近づいていることがわかります。しかし円柱タイプのものはVが小さくなってもSが変わりません。クリスタのカラーサークルは円柱タイプのものです。名目上はVが１００%のときにSが最大になる、つまり円錐タイプがHSVの色空間に相当しますが、それでは使いにくいのでVの値に関係なくSが最大になる組み合わせがある円柱タイプを採用したようです。

WIKIにあるとおり、V=0のときSは未定義です。HSV色空間においてV=０のとき色相も彩度もなく完全な黒になります。もともとHSVは光源色なので、明度がないということは放射輝度が０ということでありただの暗闇ということになります。彩度が０であるのにも関わらず、彩度が100%と表示されてしまうことはたしかに問題ですが、「そういうもの」と割り切ってしまいましょう。

さてまだ問題がありそうです。結局SとVの関係はどうなってるのかと。明度が100%のとき彩度が100%になり、それを純色とするのはわかった。明度が０のとき彩度が100%と表示されていても実際は彩度が０だというのもわかった。では明度が1－99%の範囲のときの彩度との関係はどうなの？という問題です。

この問題は意外と難しいです。WIKIには「視覚化された彩度レベルと色相の精度は黒に近づくにつれて減少する*3」と表記されています。要するに明度が下がるにつれて彩度との関係の精度は下がっていくということです。明度100%のときに彩度が純色になると定義しているので、明度が低くなると彩度の精度が下がるということは納得できます。

https://wiki.bmoon.jp/wiki.cgi/Programming?page=%BF%A7%A4%F2%BB%C8%A4%A6

ただし、これがすなわち明度が下がると彩度が下がるということではないのが問題です。実際に明度のみ数値を変更しても彩度は一定であり、彩度は明度に依存していないということがわかります。

これが本当にややこしい。彩度は明度に依存しないが、明度が低下するごとに彩度の精度は下がるというわけです。上の図のHSV方式を見ると、一番下は真っ黒です。真っ黒だけど色相もあるし彩度もあることに数値上は一応なっていますが、実際はないのです。これを一番精度が低い彩度というわけです。そして一番上の明度100のときの彩度を一番精度が高い精度(＝純色)とします。ざっくりですが明度30以下になるとほとんど黒色に近いので、精度が低くなりがちです。

ではHSVにおける彩度、ひいては光源色における彩度はどう決まっているのか。これ意外と難しいですね。「同じ色相、明度の場合、円の内周に行くほど他の色光が足し合わされ、白色に近く （彩度が低く） なると同時に、強度も強くなる*4」らしいです。つまり他の色の光がまざるほど彩度が低くなるようです。

HSVのカラーサークルでは左にいけばいくほど彩度が低くなる構造です。左端には無彩色の軸があります。この軸ではSの値が全て０です。つまり彩度を持たない軸であり、無彩色の軸であることがわかります。この軸に近づけば近づくほど彩度は下がるということです。

例えば色相107、彩度０、明度100の色を考えてみます。S=０なので左側の軸にあります。明度が100なのでちょうど左上にきます。

この光はいったいどうやって生まれているのかを確かめるためにRGB値を見てます。R255:G:255:B255とあります。3色が最大の光の強さでそれぞれ混じり合っているということです。加法混色なのでRGBがそれぞれ値の等しい強さで交わると色は白くなります。左側の無彩色の軸はR:G:Bの値がそれぞれ等しい値の列といえます。たとえばH107、H０、V０のときのRGB値は０：０：０です。H107、H０、V50のときのRGB値は128：128：128です。このように無彩色軸はRGBの光の値がそれぞれ等しく、またその値が大きいほど白に近づき、小さいほど黒に近づくということです。

光源色において白に近づくとか黒に近づくといった言い方はRGBの三色がどのように混ざり合っているかという言い方で表すことができると思います。RGG255:255:255を白色として、その白色の光の強さが半分になれば灰色に見え、０になれば黒色に見えるということです。物体色においては物がすべての光を反射すれば白色に見え、全ての光を吸収すれば黒色に見えます。

彩度を他の光の混じり具合の程度と考えたときに、RGBが255：0：0のときHSVがどうなるかもう分かると思います。HSVは0:100:100になります。他の色の光が混じっていないので当然彩度は100になります。

ではRとGが同じ値でBだけ０の場合はどうなるでしょうか。赤に緑が同じだけ混ざった場合です。RGB255:255:0の場合も彩度が100になります。これは黄色ですね。

この黄色を無彩色軸に近づけるとどういったRGB値になるでしょうか。HSVのSの値を50にしてみました。RGBが255:255:127になっています。Bが０から127に増えているということです。三色の光の値が等しくなるにつれて無彩色軸に近づくということがこれで証明されたと思います。つまりHSVの彩度は三色の光がそれぞれ等しい値にならないほど高いといえます。H６０(黄色)の場合は255:255:0の値が最大の彩度をもつということです。

RGB２５５:２５５:０からVを５０下げるとこのようになります。RとGの値は128:127とほぼ等しいですが、255:255とくらべて数値が小さくなっています。これは光の強さが小さくなったということです。たとえば信号の青の光の強さが弱くなっていても、彩度自体は変わってないということになります。なぜかというとVを下げることは青色の光を混ぜることとつながらないからです。青ひろの光が新たに加わらない限り、白色の光に近づきません。したがって彩度は低くならないのです。彩度を低くするためには黄色の場合は青を加える必要があります。紫(マゼンダ)の場合は青と赤が等しい色なので、そこに緑を加えない限り彩度は低くなりません。緑を加えるということは三色の割合がより等しくなるということであり、より白色(あるいは黒色)に近付くことを意味します。

基本6色以外の色相も基本的には同じ理屈です。黄色と赤の間はオレンジ色です。黄色はRとGが等しい場合で、赤はRの数値のみのとき彩度が一番高いです。この組み合わせがオレンジにあたるので、赤と緑の値が2:1くらいになるときで、かつ青が０のときに彩度が一番高くなります。黄色と緑の間の色は黄色がRとGが等しいときとGのみのときなのでRとGのあたいが1:2になります。ここにBを加えるほど彩度は低くなります。

オレンジのケースでは青と緑の値が２：１ほどで青が０の値でした。明度が100のときに彩度を低くしていくと、青の数値がふえていきます。最終的に１：１：１になるので青竹ではなく緑の割合も増えていきます。RGB値が１：１：１に収束することが彩度が下がるということであり、同じ１：１：１の割合のなかでも255：255：255や122:122:122、0：0：0など各数値の大きさの違いが白に近づくか黒に近づくかを決めているということです。

もっとも右端の無彩軸は最終的にRGB比が0：0：0になります。HSVでいうとH30:S100:V0とH30：S0：V0はほとんど同じ色なのですが、彩度が違ってしまうという問題があります。これをWIKIでは「視覚化された彩度レベルと色相の精度は黒に近づくにつれて減少する」と表現していたわけです。

【HSVの明度について】

「同じ明度でも色相によって見た目の明るさが違うという欠点*4」をHSVのVはもっています。これもデジタル表現ではしかたのないことです。人間の目には同じ光の強さ(いわゆる放射輝度)でも青より黄色のほうが明るく見えます。つまり数値上の明度が「物理的」に同じでも人間が「心理的」に明るく感じるかどうかは別問題ということです。この問題はHLSのLも同様です。デジタルペイントに共通した決定といえます。光の波長は約380-780mmありますが、心理的には555nmあたりの「黄緑」が一番明るく感じるそうです。緑＞赤＞青の順に心理的に明るさが強いということです。

同じ光の強さ(放射輝度)でも心理的には異なる強度に感じてしまうことを考慮してできた概念が「輝度」なわけです。具体的にいえば光の放射輝度を波長ごとに視感度によって重み付けをすることで定義されます。ただしHSVでいう輝度はこういった心理物量的な尺度としての輝度ではなく、「ディスプレイなどの画面の明るさの度合い」で用いられるような「放射輝度」に相当する概念だと思います。人間の見た目とは関係なく色相ごとの最大の明るさを明度100%としているということです。

「見た目の明るさ（心理的物量）」を考慮していないのでLuminousではなくValueという言葉が用いられているわけですが、光源色でもあるのでLuminous(輝度)に相当するようにも思えてしまうわけです。HSVにおけるVは輝度(Luminous)でも輝度率（Lightness）でもない、ただの光の強さである「放射輝度」の訳語であるRadianceかIntensityが用いられるべきだと思います。あるいはBrightnessでもいいと思います。マンセルのValueとHSVのValueの混同を避けるためにHSVのVはI放射輝度、マンセルの明度はLightness輝度率という理解がいいですね。ちなみにRGB値も輝度の大きさで表されていますが、実際は放射強度といったほうがいいとおもいます。

HSVの欠点を克服するためにはただ数値で色を塗るのではなく、「見た目の明るさ」を考慮しながら色を塗る必要がでてきます。この「見た目の明るさ」というのもなかなか難しいです。RGBやHSV、HLS値はそもそも機器依存的な相対的色空間だからです。ディスプレイによって「見た目の明るさ」が変わってしまう欠点を持っています。こういった欠点をさらに改善するためにはカラーマネジメントを行う必要があります。カラーマネジメントについてまとめた記事もありますのでぜひチェックをお願いします。

カラーマネジメントにおける印刷表現とディスプレイ表現の違いとは

輝度と放射輝度

HSVのVが放射輝度であるとしてもどういう過程を経て輝度になるかは調査中ですがガンマ補正で放射輝度から輝度に、つまり物理量から心理物理量に変換されると思っています。つまりディスプレイによって放射輝度が輝度に変換されるというわけです。ガンマ補正ではフェヒナーの法則のような明るくなるほど肉眼で感じる明度差を感じにくくなるといった法則を利用して、データの放射輝度の大きさを変換しています。たとえばデータがV50であっても、ディスプレイの輝度５０をしめしているわけではなく、実際はディスプレイの20%程度の輝度として我々の目に届いています。

【絵を描くための色彩学】ウェーバー・フェヒナーの法則とはなにか

RGB の値は、テレビモニターの 3色の蛍光体の輝度に変換され、加算されて眼に届く。蛍光体が出す光の極大波長 （液晶モニターの場合は画素ごとの色フィルターの極大透過波長） は、赤が約 610nm、緑が約 550nm、青が約 470nm 付近だが、メーカーによって多少異なる^＊21。また人間の眼は明るさを指数関数的に感じるので、RGB の値をそのまま正比例して画面の輝度に変換すると、中間調が明るくなりすぎて不自然に感じてしまう。そこでモニターは中間調をわざと暗めに表示しているが、その度合いはシステムによって異なる^＊22。また RGB 各 100％の白をどのような色あいの白で表現するかも、様々な設定がある^＊23。微妙なアナログ機器であるテレビや液晶モニターは、経年変化による色変化も大きい。

このように RGB 値によって指定した色は、実際の画面でどのような色に表示されるかが機械ごとに大きく異なってしまう。このような指定法を機種依存 （device dependent） な色表現と言う。このため RGB 値による色表現は色の傾向を一般的に把握するのにはよいが、厳密な色指定や色の議論には適していない。

*4

上記に示されているのはガンマ補正がメーカーによって異なるということです。現在はガンマ補正は2.2が一般的なのであまり気にする必要はないように思います。macが1.8の場合もありますがそれを気にしだしたらカラーマネジメントの領域になりケースバイケースになります。

ただわからないのが輝度とは「光の放射輝度を波長ごとに視感度によって重み付けする」ことで定義される概念のはずです。放射輝度が放射量だとすれば輝度は測光量のはずです。

分光視感効率：V(λ)は、可視放射が人間の目に入ったときに感じる明るさの知覚の度合いを示す尺度であり、下図のように定められている。この値は、CIE（国際照明委員会）によって1924年に採用され、後に補間と補外を行って完全なものとし、1972年にCIPM（国際度量衡総会）において勧告された。
横軸は光放射の波長（nm）、 縦軸は波長：555nm の単色放射に対して感ずる明るさを 1 として正規化した時の、その他の波長で感ずる同じ放射強度の明るさの比、という形で表されている。これによると、 例えば波長：470nm の光は、物理的には同じ放射強度であっても、波長：555nm の光の約10分の1 の明るさにしか感じないことになる。
このような、光放射に対する人間の感ずる「明るさ」を与えるための分光視感効率：V(λ)に基づいた測定を総称して「測光（photometry）」と言う。（厳密には、測光量には明所視量と暗所視量があるが、ここでは、明所視の場合についてのみを説明している。暗所視の場合には、分光視感効率：V'(λ)を用いる。）

一般的には、ある放射量：Xeの分光密度をXeλとしたとき、対応する測光量：Xvは、

で表される。
ここで、比例定数：Kmは最大視感効果度と呼ばれる量で、V(λ)＝1となる波長（λ = 555nm）において測光量と放射量を関係づける値であり、Km = 683［lm/W］と規定されている。（1979年：第16回 国際度量衡総会）
測光量の場合、基本となるのは放射量での「放射束」に対応する「光束（luminous flux）」であり、光束の立体角密度として「光度（luminous intensity）」が表される。（光度は放射量の放射強度に対応する量）同様にして「輝度（luminance）」や「照度（illuminance）」が定義されている。
→放射量を参照。

*7

上記のようなものが輝度の説明であり、測光量の説明です。

すいません私もまだ輝度とディスプレイの関係について正確に理解できているわけではないのでこの部分の判断については保留でお願いします。以下は仮説です。

（１）HSVはあくまでも相対比であり、Vは1-100%を示す以外のなにものでもない

（２）V1-100%のデータはディスプレイを通して見ることによって画像になる

（３）データが画像として表示されるときにガンマ補正され、光の強さは人間の目に合わせて調整される(青とか緑とか色ごとの補正ではない)

（４）波長ごとに同じ明るさになるようにディプレイで調整されている。赤色の100%の明るさと、緑の100%の明るさが同じくらいの明るさに感じられるように輝度放射が調整されているのではないか

HSVと他の色空間の違い

デジタルペイントで代表的な色空間といえばRGB、HSV、HLSです（CMYKもありますがあまり使われず、私の知識もまだ乏しいため置いておきます。）

RGB、HSV、HLSはそれぞれお互いに変換できます。またこれらの色空間は機器依存の色表現(相対的色空間)です。sRGBやAdobeRGB色空間は絶対的色空間です。クリスタではHSVで色を塗ると同時にRGB値などの色も表示することができます。つまりどの(相対的)色空間を使っても同じ色を出すことが可能だということです。ただしディスプレイ、OSやブラウザによって違う色に表示されることがあります。

どの色空間を選択しても同じ色が出せるので、色の選びやすさで使い分けをすることになります。

RGB色空間の使いやすさ

RGBはHSVに比べて直感的に色を選択しにくいとよくいわれます。実際数値だけで色を決めようとするとRGBは使いにくいです。たとえば黄色の明度を下げた色はどんな色になるでしょうか。RとGを等しく混ぜて、光の強さを下げるから120：120：0などと頭で考えます。ここから明度を上げて彩度を下げると・・・明度を上げるためには光の強さを上げるで170：170：0、さらに彩度を下げたいので青を増やして170：170：50などときめます。

HSVなら明度が1－100、彩度が1－100なので明度を下げたい場合は単純にVの値を下げればいいので直感的な色の選択ができます。

とはいったものの、カラーサークルを見ながらRGB値の調整ができるペイントソフトではそこまで使いにくさを感じません。数値を見なくてもカラーサークルをみればHSVと基本的な操作は同じだからです。好みの問題もありますがやはり見た目でも数値でも使いやすいHSVが優勢と言えます。

RGBの利点はやはり色を混ぜるときに数値が役に立つということです。HSVの色相は360個もあります。HSVでは基本的に色相の変化で色を変えることになります。1－360の色相の調整という単純なものです。それに対してRGBでは赤色を増やしたいときはRの割合を大きくするといったことができるのでその点ではわかりやすいかもしれません。とはいえ色の混ざり具合はカラーサークルで直感的に調整したほうが早い場合があるのでなんともいえません。RGBとHSVを両方同時に使えばいいかと思います。

HLS色空間の使いやすさ

https://wiki.bmoon.jp/wiki.cgi/Programming?page=%BF%A7%A4%F2%BB%C8%A4%A6

こいつがなかなか曲者です。別に使わなくても困らないんじゃないかと思うこともあります。まずHLSを理解するのがなかなかややこしい。

HSV色空間では原色が明度100%となっているため、原色をさらに明るくしたい場合に若干操作に迷ってしまうという欠点があります。
この欠点を克服するため、HSL色空間では原色を輝度50%として、高ければ明るく、低ければ暗くといった感じで、より直感的な調整をすることができるようになっています。

https://www.peko-step.com/html/hsl.html

細かい説明は後においておくとしてHLS色空間の利点を探したところ以上のような文章がありました。というかHLSについて説明しているサイトがほとんどなく、また利点の紹介もほとんどないので使う意味そんなないのではと思ったりしています。両方同時に使うにしても余計混同しそうです。

まず当然ですが明度100％よりさらに明度を上げる方法はありません。原色と純色は異なる概念なので「純色」と表記したほうがいいと思います。さらに「明るく」したいという言い方がどの明るさを示しているかということです。たとえばH240(青)の値で SとVを100にすると純色になります。RGBでいうと0:0:255なのでこれ以上輝度を大きくすることはできません。

RGB	HSV	HLS

さてどうするかというところです。考えられる案としては青色に「赤色や緑色も混ぜる」ということです。RGBのそれぞれの割合が等しくなるにつれて白色（あるいは黒色や灰色）に近づき、彩度が下がることはすでに説明しました。したがってRGB0:0:255をR50:G:50:B255と変えれば白色が混ざり(正確には白色の光に近づき)ます。RGBでいえば「RGBの割合を均等に近づけること」、HSVでいえば「彩度を下げること」が色を明るくする方法となります。

そもそも光源色と物体色をデータ上で同時に扱うのはなかなか難しいです。HLSでいう輝度率が上がるということは、HSVでいう彩度が下がるに相当します。またHLSのLを50%から下げるとHSVのVが下がります。つまりHLSのLの50％から上げれば上がるほどHSVのSが下がり、HLSのLの50%から下げれば下げるほどHSVのVが下がるという法則がみえてきます。明るさを一つの尺度Lで調整できるのは利点かもしれませんが正直使いにくいというのが正直な感想です。

頭こんがらかりますよね。HSVだけ使えばいいと思います。V100%からさらに明るみく見せたい場合はSを下げればいいということです。V100%から暗くしたい場合はVを下げればいいだけです。これだけ知ってればHLSに頼る必要はないと思います。

当分HLSという文字は見たくありません。論文や参考書で詳細な説明があれば教えてください。

HLSの理解補足

「同じ明度値でも色によって見た目の明るさが異なって感じられる欠点は、HLS 色表現と同じである。また同じ saturation と呼んでいても、HLS と HSB では彩度の定義や数値が異なる。*４」

Hは色相、Lは輝度、Sは彩度です。HSVとの違いは明るさが50%のときに彩度が最大(純色)になるということです。輝度という大層な名前をつけている割には光の放射強度を視感度によって正確に重み付けされていないので嫌いです。きちんと重み付けされているというのはマンセル色空間のように黄色のときは明度が高いときに彩度が最大、青色のときは明度が低いときに彩度が最大といったように色相ごとに重み付けがされているということです。しかしこのHLSというやつは明度が５０％のときに彩度が最大になると一律で指定しているので中途半端です。HVSよりは重み付けがされていますが、マンセルよりは正確に重み付けされていないといった感じです。

（さらにややこしくなってすいませんが）HLSのLの訳は輝度ですが、物体色なので実際は輝度率です。つまり波長をどのくらい反射させるかといった度合いをしめすものです。輝度率であれ輝度であれデジタル表現ではL*a*b色空間に変換され、さらにそれがsRGB色空間やAdobeRGB色空間で表示されるので結果的には同じ色が表示されます。これがほんとにややこしいですよね。

人間は同じ光の強さ、あるいは反射率であっても色相によって心理的に明るく感じる度合いが違います。こうした違いをうまく取り入れてるのがマンセル色空間です。しかしマンセル色空間はデジタル表現にむいていません。したがってマンセル色空間を元にデジタルで色を表現するためにHSVやHLSがつくられたという経緯があります。つまり妥協して作られたわけです。

HSVの場合は一律に明るさが100%のときに彩度が最大になると妥協しました。HLSの場合は一律に明るさが50%のときに彩度が最大になると妥協しました。どちらも「同じ明度値でも色によって見た目の明るさが異なって感じられる欠点」があります。

https://iedukuri.web.fc2.com/ec/color.html

https://www.hisour.com/ja/munsell-color-system-24295/

人間は緑色＞赤色＞青色の順に明るさを感じやすいです。明度と彩度の関係はマンセル色立体をみればわかります。黄色や緑はは上の方で伸びていて、赤色は中間で、青色は下の方で伸びています。マンセル色立体では彩度や明度が色相ごとに違うので複雑な色立体になります。

https://qiita.com/lookman/items/d518f16c897c94bc4e78

重み付けの図は上の図がざっくりと書かれていてわかりやすいです。0－360はHの値に対応しています。たとえば60°は黄色で240°は青です。明度が高いときに彩度が最大になる黄色や明度が低いときに彩度が最大になる青色と対応しています。

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参考文献

１「色彩の基礎・配色・使い方　色の辞典」、色彩活用研究所サミュエル監修、(西東社)

２「可視光線」：https://ja.wikipedia.org/wiki/可視光線

３「HSV色空間」：https://ja.wikipedia.org/wiki/HSV%E8%89%B2%E7%A9%BA%E9%96%93

４「色覚が変化すると、どのように色が見えるのか？」：https://www.nig.ac.jp/color/barrierfree/barrierfree2-6.html

5「色を使う」：https://wiki.bmoon.jp/wiki.cgi/Programming?page=%BF%A7%A4%F2%BB%C8%A4%A6

６「HLS色空間」：https://ja.wikipedia.org/wiki/HLS%E8%89%B2%E7%A9%BA%E9%96%93

７https://www.ushio.co.jp/jp/technology/glossary/glossary_sa/photometric_quantity.html

明度と輝度の違い

要旨

• 輝度は照度のように光源の明るさを示す
• 明度は白色に近い(輝度率が高い)か黒色に近い(輝度率が低い)かといった輝度率に対応している
• 明度は物体が所有している特性（明度は光の特性ではない）
• 輝度は物体が所有していない特性（輝度は光の特性である）
• 明度は物体色に属している
• 輝度は光源色に属している
• 輝度率は物体が所有している特性
• 輝度は物体色に関係がないが、輝度率は物体色に関係がある。これが混同の主な原因
• 輝度の大きさと輝度率の割合は異なる概念なので注意する必要がある
• 混同しやすいので輝度率は反射率と表現される場合があるが、輝度率と反射率は正確には異なる概念
• 分光反射率と反射率（又は輝度率）も異なる概念なので注意する必要がある。”分光”反射率はどの波長を反射してどの波長を吸収するかといった赤や緑といった色相の違いに重点を置いた概念。分光反射率は物体が所有している特性。光がもつ特性ではない。暗闇でも分光反射率や輝度率は存在する。輝度率はいいかえれば”どのくらい”波長を反射あるいは吸収するかという点に重点を置いた概念
• 輝度と光度と照度の違いや反射率と輝度率の違いは色彩学を理解する上でそこまで重要ではない。輝度と輝度率は大きく違うので理解することは重要。

たくさん調べました。結局一番わかりやすかったのが「色彩概論」です。参考文献に載せておきました。PDFなのでみなさんでも読めます。

色彩学を学んでいく中でつまづくのは「明度と輝度の違い」だと思います。正確に分かっている人はごくわずかだとおもいます。できるだけ信用性のあるサイトや書籍を参考にしていますのでより詳しく知りたい方は参考文献にあるURL等を参照してください。

まずは「色彩概論」における明度と輝度の説明を引用します。

「無彩色のなかで、もっとも明るい色は白で、もっとも暗い色は黒で、その中間に色々の明るさの灰色がある。この明るさの度合いを明度という。このような明るさの違いは有彩色にもある。有彩色物体をある照明光の下で見るとき、その照度を高くすると物体の明るさ（brightness）即ち輝度（luminance）は高くなるが、白色面に対する比として定義される輝度率（luminance factor）は照度に関係なく、明度(lightness)も同様に照度には無関係である。したがって明度という概念は物体の色に属する概念である。黒を最下部に、白を最上部に置き、灰色をその間に明度の順に配置したカラーチャートを明度スケールという（「色彩概論」35－36P）。」

この文章でいちばん重要なのは明度が物体の色に属する概念ということです。ここがほんとに大事です。これをズバッと言ってくれる人は殆どいませんでした。

2番めに重要なのは「輝度率は照度に関係ない」ということです。これもほんとうに大事です。

明度は物体の色に属する概念

色の明るさはどういう用語ですかと質問されたとします。これはかなり難問ですよね。

まず「色」とはどういった色を意味しているのかという前提を定義しなければいけません。

物体色と光源色の違い

色は大きく分けて物体色と光源色にわかれます。

リンゴの赤色のように光が物体にあたり、反射して人間の目にとどくときの色を物体色（反射物体色）といいます。

ろうそくの炎の色のように光そのものが色を発しているときの色を光源色といいます。

物体色の明るさはどういう意味ですか（明度とはなにか）

明度（めいど）を意味します。英語でいうとValueです。

色彩学における明度とは物体色の明るさを意味します。

この明度は照度や輝度に関係なく物体が保有している特性です。つまり太陽がなく暗闇の状態でもリンゴは明度を持っています。

明度を視覚化するためには当然光が必要ですが、光がなくても明度は存在しているのです。

明度とは輝度率のことである

あとで詳細に検討するのでここでは簡単に触れておきます。

たとえば反射の比率が多ければ白色に近くなり、反射の比率が少なければ黒色に近くなります。

光源色の色の明るさはどういう意味ですか

輝度（きど）を意味します。英語でいうとLuminousです。

たとえばディスプレイから出ている光の色は光源色です。

光源色の明るさを変えるためには光源の強さを上げる必要がありますよね。パソコンにも輝度の設定があり、輝度の設定を上げると画面が明るくなります。

パソコンを明るくするときに「明度を上げる」なんて普通言いませんよね。

一般的にはパソコンを「明るくする」とより抽象的な言葉を使いますが、具体的に言えば「輝度を上げる」となります。

照度を強くするとどうなりますか

照度(iluminance)を強くすると輝度が強くなります。

輝度は光源から出てくる光の強さです。照度は物体に入ってくる光の強さです。

たとえば懐中電灯を光源とします。本を物体とします。

懐中電灯を本に当てると本が明るくなってよく見えますよね。光学的に言えば「面にどれだけの光束が入射しているか」が照度の定義になります。

つまり本にどれだけの光があたっているかということです。

本に光が当たれば光は反射します。光学的に言えば「その面からどちらの方向にどれだけの光束を反射しているのか」が輝度になります。

最初に「輝度は光源から出てくる光の強さ」と定義しました。そうすると「輝度は本に反射した光の強さ」という言い方は本がであるような言い方ですよね。

そのとおりなんです。このときの本は光学的に言うと「二次光源」として定義されています。

別の言い方をすれば照度は「ある面にどれだけの光が到達しているか」、輝度は「ある面から反射された光がある方向から見ている人の眼にどれだけ届いているか」ということになります。

輝度を単純に「反射した光の強さ」としてしまうと人の目以外の方向にも反射している方向も含めてしまうことになるので注意です。

これが反射率と輝度率の違いです。

パソコンをつけたらディスプレイは明るくなりますよね。ディスプレイはバックライトやLEDが設置されています。つまり光源です。

正確に言うとバックライトは白色光です。太陽と似た光ですね。その白色光をカラーフィルターに当てて光に擬似的に色を付けるわけです。これを光源色といいます。

光には人間の目で見える可視光というものがあり波長の長さによって色が違います。およそ400-700nm の波長範囲を可視光といい、たとえば700nmのみを反射すると赤色に、400nmのみを反射すると青色、555nmのみを反射すると緑色といったように色がつきます。

白色光はいわばすべての色が混ざり合って白色になっている状態です。この状態から赤色と青色は通さず、緑色だけ通すようなカラーフィルターを使えば緑色の光になるわけです。

ディスプレイはたくさんの光源から色を表現しています。一つ一つの光源は言い換えればピクセルや画素といえます。4kのディスプレイはおよそ800万画素なので800万もの光源があるということです。

最初に輝度は「光源から出てくる光の強さ」と定義しました。その定義通りならディスプレイの光の強さは輝度です。

輝度は「光源から出てくる光の強さ（これを一次光源の強さ）」の場合と、物体の反射の際の二次光源から出てくる光の強さの場合があります。

照度は「面にどれだけの光束が入射している」ですよね。ディスプレイにおける面とはどこ？という話になります。

ディスプレイをライトとして考えて、ディスプレイの光に本があたっていると考えます。このとき本の表面に当たっている光の強さが照度ということになります。

あるいは太陽の光がディスプレイにあたっているとき、ディスプレイにあたっている光の強さが照度です。

単純に考えるとディスプレイから発している光は我々の目に届きますよね。輝度は「光源から出てくる光をヒトの目で見たときの強さ(一次光源の強さ)」でもあるので、ディスプレイから発している光の強さは輝度と考えることができます。ろうそくから発している光をヒトの目で見た場合も輝度です。懐中電灯から発している光をヒトの目で見た場合も輝度です。

単純化すれば照度は物がないと意味のない概念とも言えます。

「懐中電灯と本」という２つの要素があれば照度は「懐中電灯によって照らされている本の明るさの度合い」と表現できます。本に当たると光は反射しますので、そのときのヒトの目に届く光の強さを「輝度」と表現できます。

「懐中電灯のみ」の場合の照度はどうでしょうか。照らすものがない状態です。この場合懐中電灯から発せられる光は「輝度」によって表現できます。

※細かい話になってしまいますが懐中電灯の光の強さは正確には「光度」といいます。光度は光源の面積を考慮しない場合の光源から発せられる光の強さです。懐中電灯の光は基本的に面積がないですよね。ですから懐中電灯から発せられる光は「光度」です。ディスプレイの光は面積があると考えるので「輝度」です。もっと身近なもので言えば信号の明るさは輝度です。ろうそくの明るさは光度です。

照度（あるいは輝度）を強くすると明度はどうなりますか

明度は変わりません。

照度とは

懐中電灯と本を考えてみてください。本にあたる光のつよさが照度です。

照度を強くすると・・・という前提はなかなかややこしいですよね。

たとえば赤い本を懐中電灯で照らしていたとします。そして懐中電灯の光をより強くしました。このときに赤い本の明度は変わりましたか？という話です。

（補論）輝度率と反射率と分光反射率の違い

ややこしくなってしまうまえに輝度率についてすこし定義分けをします

色彩概論では輝度率の定義を「白色面に対する比」としています。光学的な定義だと「或る方向（ θ 方向 ）について、完全拡散面の輝度 L PD（観察方向に関わらず一定）に対する試料面の輝度 L ( θ r ) の比」です。より簡単に言えば「同じ光の照射を受けたとき、自ら発光していない面の輝度と、完全拡散反射体の輝度の比」です。これでも難しい。

そもそも輝度と分光放射輝度率と分光反射率の定義がややこしいですよね。

物体の表面である波長の光は反射し、ある波長の光は吸収されるといった特性を一般的に「分光反射率特性」といいます。たとえばイチゴの分光反射率特性は長波長をよく反射して、他の波長をよく吸収しているという分光反射率特性を持っているということになります。

そして分光反射率特性の「反射率」は厳密にいうと「輝度率」といいます。反射率はヒトが見ていない方向の反射率も含めるからです。つまり輝度率は観察方向が指定され、その方向に反射する光が評価の対象となります。物体色の説明をする際にはある方向から見たときなので、反射率ではなく輝度率といったほうが正しいというわけです。しかし輝度率という言葉は一般的ではないので分光反射率特性という言葉がよく用いられているそうです。

分光反射率の反射率と、単に反射率という場合は意味合いが変わるので注意です。

分光反射率はあくまでも光をスペクトルに分ける際の反射率です。つまり赤色や青色といった色相を分けるときに使います。いいかえればどの波長を反射して、どの波長を吸収するかといった比率です。

ざっくりいうと反射率（正確には輝度率といいます）は「どの波長」ではなく「どれくらい波長」を反射するか、吸収するかといったときに使います。波長を大きく反射すれば反射率は高くなり、小さく反射すれば反射率は低くなります。反射率の割合が大きいほど白色に近づき、吸収の割合が大きいほど黒色に近づきます。この反射率（＝輝度率）がいわゆる明度であり、物体が所有している特性なのです。　

「白色面に対する比」というのはどれだけ白色に近いか、つまりどれだけ反射率が高いかということの意味が理解できたと思います。

すごいややこしいですよね。

• 分光反射率と反射率は違う概念
• 分光反射率と輝度率は違う概念
• 反射率と輝度率は正確には違う概念
• 一般的に反射率と輝度率は同じように扱われることがある
• 分光反射率特性を語るときに反射率という言葉が出た場合は（分光の）反射率という意味になるので注意
• マンセル表色系における明度は輝度率と同じ概念
• マンセル表色系における明度は分光反射率とは違う概念
• マンセル表色系における明度は反射率とは（正確には）違う概念

心理物理量とは

視感反射率(しかんはんしゃりつ,英:luminous reflectance)：視感反射率とは、物体に入射した光束に対する、反射した光束の比のことである*10。

反射率(はんしゃりつ,reflectance)：物体に入射した放射束、または光束に対して反射した放射束、または光束の比を反射率という*10。

心理物理量(心理物理量：英:psychophysical quantites)：純粋の物理量を人間の感覚にとって意味あるように変換した量である。視覚にとって意味ある量にするには視覚の分光感度すなわち分光視感効率V(λ)によって荷重するという操作が必要になる。この変換を行うとワットで表現される放射束という物理量はルーメンで表現される光束という心理物理量になる。放射光度は光度に、放射照度は照度に、放射輝度は輝度に、いずれも心理物理量である。また投資機関数で荷重すればX,Y,Zという色を表す三刺激値になる。これらも心理物理量である*10。

光束(こうそく,英:luminous flux)：光束とは、放射束をCIE標準分光視感効率と最大視感効果度に基づいて評価した量のこと*10。

放射束(ほうしゃそく,英:radiant flux)：放射として放出される、伝達される、または受け取られる、単位時間あたりのエネルギーで単位は（W）、放射パワーともいう。この放射量に対する即光量は光束である*10。

なるほど。放射輝度を心理物理量に変換したものが輝度だったんですね。目からうろこです。よく調べてみると放射”強度”を心理物理量に変換すると光度になるそうです。これも勘違してました。大事なのは放射束と光束の違いですね。光束は放射束を心理物理量に変換したものです。色彩用語辞典のおかげで今まで曖昧だったものがスッキリしました。WEBで検索しているとところどころ言葉が混同して使われているので勘違いしてしまうことが多いと感じました。

以上のことを踏まえると、視感反射率は心理的物量としての光束に関する反射率で反射率は物理量と心理的物量両方に関する反射率といえます。つまり反射率というとき、視感反射率のことを示す場合はあるが、視感反射率というとき必ずしも反射率を意味するものではないというやややこしいことですね。

色はなぜ見えるのか（光と色の関係）

たとえばイチゴの赤色はなぜ赤色に見えるのでしょうか。イチゴの赤は物体色です。

太陽の光がイチゴにあたり、光がイチゴに反射して反射した光が我々の目に届いて赤色と認識できるわけです。

光は電磁波の一種であり、およそ400nm-700nmの波長を持っています。イチゴの表面は特定の波長を吸収して、特定の波長を反射しています。赤色は高波長(700nm近く)の光を反射し、他の低波長や中波長の光を吸収することで赤色に見えるわけです。一般的に高波長は赤色、中波長は緑色、短波長は青色の光です。レモンの場合は高波長と中波長を反射して、短波長を吸収するので黄色くみえるというわけです。高・中・短すべての波長を反射すると白色に、すべての波長を吸収すると黒色になります。

このように物体がもっているどの波長を反射して、どの波長を吸収するのかといった特性を「分光反射率特性」といいます。

先程も述べましたが分光反射率と反射率は違います。分光という言葉がつくと光をスペクトルに分けることになります。つまり赤とか青とかに分けるということです。

分光反射率特性について説明する文脈で反射率と出てくるのでややこしくなるのです。

単純に反射率という場合は「物体に入射した放射束又は光束に対する、反射した放射束又は光束の比」です。輝度率の場合は「同じ光（放射）の照射を受けたとき、自ら発光していない（放射を発していない）面の（放射）輝度と、完全拡散反射体の（放射）輝度との比」です。反射率と輝度率は正確には違う概念です。

明度は輝度率です。つまり「白色面に対する比」です。輝度率は白色にみえる度合いといったところです。一般に明度は反射率ともいいますが、正確には輝度率ということです。明度は分光反射率でも分光輝度率でもないので注意です。分光反射率特性は正確に言えば分光輝度率特性といったほうが正確かもしれませんが分かりにくいので分光反射率特性と言っているのだと思います。

赤い本が赤く見える理由は「分光反射率特性」に関係があります。赤白っぽくみえるか、赤黒っぽくみえるかといった違いは「輝度率」に関係があります。超ざっくりいえば分光反射率特性は色相に、輝度率は明度に関係があるといったところです。彩度は明度と色相の組み合わせで決まるので、彩度は分光反射率と輝度率によって決まるという言い方ができます。

本題に戻ります。

赤い本を言い換えると「高波長をよく反射するという分光反射率特性を持った物体」になります。

懐中電灯を強く当てても分光反射率特性は輝度率特性は変化しません。なぜなら分光反射率や輝度率というものは物体に備わった特性だからです。つまり光源の強さ(照度や光度や輝度)に関係なく物体が本来持っている属性なのです。

明度は言い換えると「輝度率の比率が白色に近いか、黒色に近いか」ということになります。

たとえば「高波長のみを反射するという分光反射率特性をもっている物体」があるとします。またどれくらい白く見えるか(輝度率)というのを1－100％で表すとします。

「100％の強さの輝度率と高波長のみを反射するという分光反射率を持っている物体」は明度が高い赤色に見えます。

「10％の強さの輝度率と高波長のみを反射するという分光反射率を持っている物体」は明度が低い赤色に見えます。

「100％の強さの輝度率と高波長・中波長・短波長を均等に反射するという分光反射率を持っている物体」は明度が高い白色に見えます。

「0％の強さの輝度率と高波長・中波長・短波長を均等に吸収するという分光反射率を持っている物体」は明度が低い白色（黒色）に見えます。

「５０％の強さの輝度率と高波長・中波長・短波長を均等に反射するという分光反射率を持っている物体（５０％反射する＝50％吸収する）」は明度が中程度の白色(灰色)に見えます。

すこしややこしいですよね。輝度や照度や光度（光源の強さ）に関係なく物体は輝度率と分光反射率を持っているということです。

ここまで来ると照度と明度が関係ないということはわかったはずです。

（補論）光度と輝度の違い

すこしややこしい話をします。

懐中電灯のみのケースを考えます。懐中電灯から発せられている光の強さは「光度」です。面積をもたない光を「光度」とするからです。

信号のみのケースを考えます。信号から発せられている光の強さは「輝度」です。面積をもつ光を「輝度」とするからです。

懐中電灯で赤い本を照らしたとき、当然光は本にあたって反射します。本にあたっている光の強さは照度です。光にあたった本を「二次光源」とみなし、二次光源から発せられる光をヒトの目で見た場合の光の強さは「光度」です。

信号で赤い本を照らしたとき、光は本にあたって反射します。本にあたっている光の強さは照度です。光にあたった本を「二次光源」とみなし、二次光源から発せられる光を人の目で見た場合の光の強さは「輝度」です。

色彩学において光度と輝度を区別する厳密さはそこまで必要ないと思いますが、一応区別しておきます。

照度（あるいは輝度）を強く（高く）すると彩度はどうなりますか

「彩度という概念は明度という概念よりも複雑である。たとえば、ある物体を一定の照明光によって照度をかえて照明する場合、明所視でまぶしさを感じない程度まで照度を高くしてゆくと、輝度は次第に高くなり、同時に彩度も次第に高く感ぜられる。この場合の彩度をカラフルネス(colorfulness)と呼んでいる。また一定の照明条件の下では、色度が一定であっても輝度率が高くなると彩度は高く感ぜられる。この場合の彩度を知覚クロマ（perceive chroma）と呼び、マンセルクロマはこれに対応するものである。一方、一定の色度を有するものは、輝度率や照度が異なっていても色の強さはほぼ一定に感ぜられるという飽和度（saturation）と称している。この概念はドイツ規格の標準色票(DIN６１６４)に用いられている（「色彩概論」、36P）

彩度は明度より複雑です。明度も複雑だったのに彩度はもっと複雑というのだから大変です。

照度が上がると輝度も上がります。

結論から言うと照度を強くするほど彩度が高く感じられます。

この「感じられる」というのがポイントです。りんごは色相、明度、彩度に関する３つの属性を所有しています。照度や輝度に関係なくこれらの３つの属性は存在しているので、照度を上げたからと言って明度があがったり彩度が上がったり色相が変わったりすることは基本的にはありません。

感じることと実際に物体が持っている特性が変化することは別に考えたほうがわかりやすいです。暗闇でりんごをみるのと、ちょうどいい照度のもとでりんごをみるのではちょうどいい明るさのもとでりんごをみたほうが鮮やかに見えますよね。

照度や輝度によって色相や明度や彩度の見え方が変わってしまうと、「色は環境によって見え方が変化する」ということになってしまいます。一般に特定の環境、つまり特定の照度や輝度の条件では色がこうみえますよといった基準が必要になってきます。

物体色ではマンセル色空間の色票が代表的な基準となります。次の項で色空間の説明を行います。

色空間と彩度の関係

＊2

上の文章でいう「マンセルクロマ」と「飽和度」の違いを理解する必要があります。これらの概念を理解するためには「色空間」について学ぶ必要があります。

まず色が立方体に記述されている「色空間」というものがあります。そして色空間は色を定量的に表す体系である「表色系」によって構成されます。

上の図で混乱することがあるとすれば、オストワルト表色系が顕色系として分類されていることです。一般にオストワルト表色系は混色系の代表として語られることが多いですが、色票を用いた表色系なので顕色系にも分類されるのです。ほんとややこしい。オストワルト表色系を顕色系に改良したものとしてDIN表色系があります。

顕色系とはなにか

表色系は色を色刺激「顕色系」と「混色系」にわかれます。

図では混色系は色名系と色票系に分かれています。色票系とは「色紙などの表面色によって標準色票を作成し、それを系統的・規則的に配列して、その色名を客観的・定量的に表樹する体系」のことです。色名系とは言語による色の表現で茜色や和紙色などが例としてあげられます。

なんだか小難しい言葉が並んでしまってすいません。代表的なマンセル表色系を理解することで顕色系に対する理解を高めていきましょう。

顕色系は色の3つの特徴で色を定量的に表す体系でした。３つの特徴があればなんでもいいというわけではありません。たとえばここで「輝度」が３つの特徴のひとつとして数えられることはありません。なぜなら輝度は色の特徴ではないからです。

さてまずは「色相」です。色相とは赤とか青とかいった色の違いです。ざっくり言い換えると「分光反射率」です。分光反射率特性は物体がもっている特性です。

次は明度です。これは言い換えれば「輝度率」です。輝度率は物体がもっている特性です。

最後は彩度です。これが冒頭で出てきた知覚クロマ（マンセルクロマ）です。彩度を英語でChromaといいます。知覚クロマは表面色の見え方のみに用います。彩度は物体がもっている特性です。

知覚クロマには照度(輝度)を高くすると、彩度も高く感じるという特徴を持ちます。

これすごくややこしいのわかりますか？

(補論)明度と彩度の関係

照度の前に明度と彩度の話をしておきます。

明度は輝度率に対応しています。輝度率が高ければ白色に近づき、低ければ黒色に近づきます。

黒を最下部に、白を最上部におき、灰色をその間に明度の順に配置したカラーチャートを明度スケールといいます。

マンセル表色系に置いて明度と彩度の関係は色相ごとに違います。

一番鮮やかな色、つまり彩度が最大の色を純色といいいます。この純色になる明度と彩度の組み合わせが色相ごとに違うということです。

たとえば赤色は明度が中程度のときに彩度が最大になり、青色は明度が低いとき、黄色は明度が高いときに彩度が最大になります。

*3

下のマンセル立方体を見てください。真ん中にある棒がいわゆる明度スケールです。上に行けば行くほど白色に近づき、下に行けば行くほど黒色に近づきます。

彩度は外側に行けば行くほど高くなっていることがわかります。青色と黄色では奥行きが違いますよね。

黄色は明度スケールが白に近い位置で彩度が高くなるので上の方で色の奥行きが広くなっています。青は黒に近い位置で彩度が高くなるので下の方で奥行きが広くなっています。

つまり明度と彩度の関係は色相によって変わるということです。

繰り返しになりますが明度は輝度率に関係していますが”輝度”は明度に関係ありません。輝度率と輝度を混同しないようにしてください。輝度率は物体が所有している特性で、輝度は物体が所有していない特性です。

（補論）照度と彩度の関係

照度と輝度の違いについては前項をチェックしてください。照度が上がると基本的に輝度も上がります。

マンセル表色系では「照度(あるいは輝度)を高くすると彩度が高く感じられるという特徴」を持ちます。 これはわかるようでわかりませんよね。

例えば鮮やかなリンゴを考えます。それも明度と彩度の組み合わせが彩度MAXになる組み合わせの赤いリンゴを想定します。赤色は明度が中程度で彩度が最大になります。 明度と彩度の組み合わせは物体色に関係することであり、物自体の属性です。つまり光の強さ（照度や輝度）関係なしに純色になる明度と彩度の組み合わせは決まっているということです。

この純色のリンゴは暗闇では当然見えません。色は光がないと見えないからです。たとえ彩度MAX明度MAXでも光がなければただの暗闇です。 この純色のリンゴに光を当てます。この光の強さを照度とします。光が弱い状態だとあまり鮮やかに見えませんよね。

明るくする度に鮮やかに見えるはずです。 実際にリンゴを薄暗いところに置いて、ライトで照らして徐々に明るくしてみてください。だんだん鮮やかに見えるはずです。 こうした知覚による彩度を、知覚クロマ（彩度クロマ）というわけです。

言い方が難しいですね。明度と彩度の組み合わせで彩度が最大のものでも、照度の明るさによって彩度の感じ方に違いが生じるということです。彩度が最大なのに、照度が暗すぎると彩度が最大だと感じにくい、知覚しにくいといったところでしょうか。

色度と彩度を数量的に表した言葉に「色度（しきど,chromaticity）」という言葉があります。色彩概論では「一定の照明条件のもとでは、色度が一定であつても輝度率が高くなると彩度は高く感ぜられる。この彩度を知覚クロマと呼ぶ」とあります。 一定の照明条件とは照度や輝度を変動させないということです。

彩度も色度も一定の状態にして、輝度率を高くすると彩度が次第に高く感じるらしいです。ここでいう輝度率とは明度の上下と意味が等しいです。これもややこしいですね。マンセルにおいて明度が上がるほど彩度が上がるとは言えないからです。

ここで重要なのは色度が一定ということです。彩度と色相を変えないで明度を上げたら彩度が高く感じると。彩度が変わっていないけど、彩度は高く感じると。 マンセル表色系は色票に属する表色系でした。色票とは色紙などの表面色によって標準色票を作成します。色紙、日本でいうと折り紙に似た感覚ですよね。要は色のついた紙なわけです。紙は当然物体です。リンゴと同じように物体色であり、物体が輝度率を持っています。

マンセル表色系ではどういった照度や輝度を前提として色票が作られているのでしょうか。調べたところによると標準光源（色を決めるための基準となる光）というものがあるみたいです。

物体色は照明光の分光分布（つまりどういった光源をつかうか）に依存して変化したり、色紙以外の物体の物理的特性によっても色が変わります。 つまりマンセル表色系は照度が「標準光源」かつ「色票(色の紙みたいなもの)」の場合の色分けをしているということです。

混色系とはなにか

混色系(こんしょくけい,color mixing system)：色を心理的物量と捉え色刺激の特性によって表すもの

色をなぜ認識できるかという説明を「照度を強くするとどうなりますか」の項でしたとおもいます。

光が物にあたって物に反射した光が目に届いて光を認識できるという話です。この目に届く光を「捉え色刺激」というわけです。要は色刺激です。

可視光の700nmあたりが強く反射した光の刺激なら赤色になるわけです。このときの刺激の大きさが「心理的物量」です。

代表的な混色系の表色系をCIE表色系といいます。CIEとは国際照明委員会(Commission internationale de l’éclairage)の略です。

国際照明委員会で規定された表色系をCIE表色系というわけです。この中にRGB表色系やXYZ表色系、L*a*b表色系などがあります。

混色系は光源色に対応すると考えてもよさそうです。ただし混色系であるCIE表色系は光源色と物体色の両方の色を扱うことができます。顕色系のマンセル表色系は物体色のみ色の表示ができ、光源色の色の表示はできません。

混色系と光源色の関連性について

代表的な光源色としてディスプレイのRGBがあります。

ディスプレイの光は信号の色の光と同じです。信号の色には赤や緑や青といった色がついてますよね。これを光源色といいます。

りんごの赤色と信号の赤色は全然違いますので注意です。りんごの赤色は物体色の赤色です。信号の赤色は光源色の赤色です。ろうそくは光源色です。

ディスプレイはなぜ色を表示できるのでしょうか。ディスプレイにバックライトがあり、カラーフィルターを通して光に色を付けています。光に色を付けるという言い方は正確ではない。正確に言うとある波長を通して、ある波長を通さないといった表現のほうが適切かもしれません。

実際のディスプレイはカラーフィルター以外の要素がありもっと複雑に作られています。

カラーフィルターは光学フィルターの一種です。つまり特定の光だけを透過し、それ以外の光を透過しないフィルターということです。透過しない光は吸収されたり反射されたりといろいろケースがあるみたいですがここでは扱いません。

カラーフィルターによって青い光や赤い光をつくり、またそれを組み合わせて違う色をつくるわけです。

光の色の混ぜ合わせはいわゆる「加法混色」です。加法混色の場合RGBを均等に混ぜ合わせると白色に近くなります。絵の具の場合は減法混色なので混ぜ合わせると黒色に近くなります。

ディスプレイの色は光源色なので、明るさは輝度の強さに相当します。ディスプレイが暗くて見えない場合は輝度の数値を上げるはずです。

イラストソフトなどでもRGBは使われていますそれぞれ数値が255振り当てられていますよね。この0-255というのは輝度の大きさをしめしています。数値が高くなるほど明るい色になります。たとえば(255,0,0)という色は明るい赤色になり、(30,0.,0)という色は暗い赤色になります。光源色なので明度という概念はありません。あくまでも輝度の大きさです。

オストワルト表色系について

オストワルト表色系は一般的には混色系に属する表色系です。

オストワルト表色系は顕色系に分類されたり混色系に分類されたり、あるいは顕色系と混色系両方の性質を持っていると論文で指摘されたりするので分類に困る表色系です。オストワルト表色系は一般的には混色系ですが、色票ベースでもあるので顕色系にも分類されることがあるということです。オストワルト表色系はあまり使われていないのでそこまで厳密に考える必要はないと思います。

オストワルト表色系では純色と白色と黒色で色を表現しています。彩度は純色の量の割合で決まります。

純色とは彩度が一番高い色のことです。

  記号　　白色量　　　黒色量
   a       89.13       11.87
   c       56.23       43.77
   e       35.48       64.52
   g       22.39       77.61
   i       14.13       85.87
   l        8.91       91.09
   n        5.62       94.38
   p        3.55       96.45

https://www.colordream.net/ost.htm

W、B、Cで表示されています。それぞれ白、黒、純色です。

上の画像でcに一番近い色はpaです。白黒(pa)であわらすので白の量がp=3.6、黒の量がa=11.87です。

W+B+C=100になるので、11.87+3.6+c=100でC（純色）の量は８４．５になります。

caは100ー（56+11）＝33です。pnは100-（3＋94）=３です。

白色が増えようが黒色が増えようが基本的に彩度は下がります。なぜなら純色とは白と黒を除いた色だからです。

そして白100％、黒100%という色は現実に物体表面の色としてはありえないそうです。こうした色を「理想白」とか「理想黒」というそうです。

マンセル色空間における明度(輝度率)はどこにあるのでしょうか。

https://zokeifile.musabi.ac.jp/%E8%89%B2%E7%AB%8B%E4%BD%93/

これはオストワルト色立体です。W（白）とB（黒）でつながれた線が白と黒の割合を示します。

https://gc.sfc.keio.ac.jp/class/2005_14630/slides/05/110.html

マンセル色空間では色相によって明度の値が違いました。マンセルでは純色と明度の組み合わせはたとえば黄色のときは明度が高くなり、青色のときは明度が低くなります。

このように色相ごとに明度と彩度の組み合わせが違うとオストワルト表色系のようにきれいなひし形にはなりません。

これで「一定の色度を有するものは、輝度率や照度が異なっていても色の強さはほぼ一定に感ぜられるという飽和度（saturation）」という意味がわかってきました。

つまり色相ごとに明度と彩度の組み合わせを決めるのではなく、どんな色相であっても明度50％の組み合わせで彩度が最大になるとしたのがオストワルト表色系なのです。

こういった決め方は一部では無理矢理過ぎると批判されているみたいですね。

明るさに関する用語の整理（光学編）

*1

「照度」は、ある光源によって照らされている面の明るさの度合いで、単位はLx（ルクス）。「輝度」は、ある点から発せられている光源のまぶしさを示す光量を表していて、単位はcd/m²（カンデラ/平方メートル）。他には、光源からすべての方向に発せられる光の総量を示す「全光束［lm（ルーメン）］」、空間全体（視野内）の明るさの印象を表現する言葉として「明るさ感_※」などがあるんだ。*6

参考文献

１「色彩概論：https://www.jstage.jst.go.jp/article/shikizai1937/57/9/57_517/_pdf

２照度(その他の基本的な定義はWIKIを引用)：https://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%85%A7%E5%BA%A6

３「照度と輝度の違い」：https://dtv.sakura.ne.jp/contents1/008.html

４「反射面における照度と輝度の関係」：https://www.ccs-inc.co.jp/guide/column/light_color/vol10.html

５「大切なのは輝度」：https://www.hikariiku.com/think_of_as/1138/

６「照度と明るさの話し」：https://www.maxray.co.jp/academy/knowledge_q5_2.html

７「光源色と物体色」：https://www.ccs-inc.co.jp/guide/column/light_color/vol12.html

８「色の客観的な表現と伝達」：https://www.ccs-inc.co.jp/guide/column/light_color/vol28.html

９「色覚が変化すると、どのように色が見えるのか？」：https://www.nig.ac.jp/color/barrierfree/barrierfree2-6.html

１０「色彩用語辞典」東京大学出版会

【引用画像の出典】

１：「光源、光束、照度、光度、輝度の違い」：https://www.daisaku-shoji.co.jp/iel/w_difference.html

２、３：「光と色の話」：https://www.ccs-inc.co.jp/museum/column/light_color/vol27.html

４：「液晶ディスプレイの構造と作り方」：https://jp.sharp/products/lcd/tech/s2_3.html

５：「カラーフィルタのしくみ」：https://www.toyo-visual.com/ja/products/fpdcf/colorfilter.html